Пятница 27 марта 2026 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые открыли новый способ преобразования тепла в электричество


Ученые открыли новый способ преобразования тепла в электричество

Вторник, 26 Ноября 2024 16:21

Термоэлектрические материалы, преобразующие тепло в электричество, являются ценными инструментами для улавливания отработанного тепла и превращения его в пригодное к использованию электричество. Эти материалы особенно полезны в промышленности и транспортных средствах, где двигатели производят много отработанного тепла, повышая энергоэффективность путем преобразования его в дополнительную мощность. Они также демонстрируют потенциал для портативной генерации энергии, в удаленных датчиках и спутниках, где традиционные источники энергии могут быть непрактичны.

 

Традиционные термоэлектрические устройства, известные как параллельные термоэлектрические устройства, генерируют напряжение в том же направлении, что и тепловой поток. Эти устройства обычно используют два типа параллельных материалов, а именно p- и n -типа, которые генерируют напряжение в противоположных направлениях. Соединяя их последовательно, можно генерировать более сильное напряжение. Однако это также приводит к большему количеству точек контакта, что увеличивает электрическое сопротивление и, следовательно, потерю мощности.

 

Напротив, поперечные термоэлектрические устройства делают нечто уникальное: они генерируют электричество перпендикулярно тепловому потоку. Это позволяет им использовать меньше контактов и, следовательно, достигать более эффективного термоэлектрического преобразования. Материалы с «полярностью проводимости, зависящей от оси (ADCP)» или гониополярные проводники, которые проводят положительные заряды (p -типа) в одном направлении и отрицательные заряды ( n -типа) в другом, являются перспективными кандидатами на роль поперечных термоэлектрических устройств. К сожалению, прямая демонстрация поперечного термоэлектрического эффекта (TTE) была изучена меньше — до сих пор.

 

С этой точки зрения исследовательская группа из Японии под руководством Рюдзи Окадзаки с кафедры физики и астрономии Токийского университета наук (TUS), включая Шоя Осуми из TUS и Йошики Дж. Сато из Университета Сайтамы, достигла TTE в полуметаллическом дисилициде вольфрама (WSi 2). Хотя предыдущие исследования показали, что WSi 2 проявляет ADCP, его происхождение и ожидаемый TTE не были обнаружены в экспериментах. «Поперечное термоэлектрическое преобразование — это явление, которое привлекает внимание как новая основная технология для датчиков, способных измерять температуру и тепловой поток. Однако существует лишь ограниченное количество таких материалов, и никаких рекомендаций по проектированию не установлено. Это первая прямая демонстрация поперечного термоэлектрического преобразования в WSi 2», — объясняет профессор Окадзаки. Их исследование было опубликовано онлайн в журнале PRX Energy.

 

Исследователи проанализировали свойства WSi 2 с помощью комбинации физических экспериментов и компьютерного моделирования. Они измерили термоЭДС, электрическое сопротивление и теплопроводность монокристалла WSi 2 вдоль его двух кристаллографических осей при низких температурах. Они обнаружили, что ADCP WSi 2 возникает из его уникальной электронной структуры, характеризующейся смешанно-размерными поверхностями Ферми. Эта структура показывает, что электроны и дырки (положительные носители заряда) существуют в разных измерениях. Поверхность Ферми — это теоретическая геометрическая поверхность, которая разделяет занятые и незанятые электронные состояния носителей заряда внутри твердого материала. В WSi 2 электроны образуют квазиодномерные поверхности Ферми, а дырки — квазидвумерные поверхности Ферми. Эти уникальные поверхности Ферми создают проводимость, зависящую от направления, что обеспечивает эффект TTE.

 

Исследователи также наблюдали изменения в том, как эти носители заряда проводят электричество от образца к образцу, что согласуется с предыдущими исследованиями. Используя моделирование, основанное на первых принципах, исследователи показали, что эти изменения были вызваны различиями в том, как носители заряда рассеиваются из-за несовершенств в структуре кристаллической решетки WSi 2. Это понимание является ключом к тонкой настройке материала и разработке надежных термоэлектрических устройств. Кроме того, они продемонстрировали прямую генерацию TTE в WSi 2 путем приложения разницы температур вдоль определенного угла относительно обеих кристаллографических осей, что привело к напряжению, перпендикулярному разнице температур.

 

«Наши результаты показывают, что WSi 2 является перспективным кандидатом для устройств на основе TTE. Мы надеемся, что это исследование приведет к разработке новых датчиков и открытию новых поперечных термоэлектрических материалов», — говорит профессор Оказаки.

 

Выяснив механизм генерации TTE в WSi 2, данное исследование делает шаг вперед на пути к созданию современных материалов, которые могут более эффективно преобразовывать тепло в электричество, что приведет к более экологичному будущему.

 
 

 
 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
Радикальное 20-летнее исследование показывает, что клонирование достигло предела Радикальное 20-летнее исследование показывает, что клонирование достигло предела Ученые довели возможности клонирования млекопитающих до предела, пока вся карточная конструкция не рухнула. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. После двух десятилетий непрерывной работы японские исследователи обнаружили генетический…
Загадочные рентгеновские лучи гигантской звезды объяснены спустя 50 лет Загадочные рентгеновские лучи гигантской звезды объяснены спустя 50 лет На протяжении 50 лет астрономы с недоумением наблюдают за тем, как гигантская звезда излучает мощное, непредсказуемое рентгеновское излучение. Теперь наконец-то есть достаточно подробные наблюдения, чтобы подтвердить давно существовавшее подозрение. Рентгеновское…
В морской звезде обнаружены вещества для здоровья сердца В морской звезде обнаружены вещества для здоровья сердца Учеными Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН выделены из полярной морской звезды Leptasterias polaris acervata два новых вещества — лептастериацереброзиды А и В. Они принадлежат к цереброзидам — это сложные…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 85 украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 23:00 мск 26 марта до 07:00…
В Сочи задержали вице-мэра и двух чиновников администрации В Сочи задержали вице-мэра и двух чиновников администрации Задержаны три чиновника администрации Сочи, среди которых вице-мэр Евгений Горобец. Об этом сообщили ТАСС в правоохранительных органах. "В рамках проверки на причастность к совершению противоправных действий задержаны заместитель главы администрации…
Трамп: доходы США от венесуэльской нефти окупили нападение на эту страну Трамп: доходы США от венесуэльской нефти окупили нападение на эту страну Доходы Соединенных Штатов от реализации нефти Венесуэлы в несколько раз превысили затраты на силовую операцию против боливарианской республики. С таким утверждением выступил президент США Дональд Трамп. "В первую неделю мы…
Тема дня
Что получил Зеленский от иранской войны  Что получил Зеленский от иранской войны 

На фоне неудач в Иране американскому президенту нужна масштабная дипломатическая победа и заключение...

Фото
В мозге людей, собирающих на скорость кубик Рубика, нашли неожиданные изменения В мозге людей, собирающих на скорость кубик Рубика, нашли неожиданные изменения

Группой ученых из Ольборгского университета в ходе нового исследования выяснила, что опытные спидкуб...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда я рассказал племяннику одиннадцати лет, что в его годы мы с друзьями во время ледохода катались на льдинах, он спросил: "Дядя, ты что, в детстве совсем тупой был?".

И тут я чего-то решил про догонялки на деревьях, карбид в бутылках, прыжки со второго этажа стройки в сугроб и взрывание дихлофоса в костре не рассказывать...

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".