Воскресенье 04 января 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
AIM: Статины снижают риски болезней сердца при диабете 2-го типа AIM: Статины снижают риски болезней сердца при диабете 2-го типа Прием статинов взрослыми с диабетом второго типа заметно снижает риски смерти и тяжелых сердечно-сосудистых патологий. К этому выводу пришли исследователи по итогам крупного когортного анализа, опубликованного в Annals of Internal…
Обнаружено крупнейшее доисторическое поселение в Великобритании и Ирландии Обнаружено крупнейшее доисторическое поселение в Великобритании и Ирландии Новое масштабное открытие показало, что Брюссельстаун-Ринг в графстве Уиклоу, Ирландия, представляет собой крупнейшее из когда-либо обнаруженных компактных поселений на холме на всем Атлантическом архипелаге. Исследование, опубликованное в журнале Antiquity, задокументировало…
JPP: Пристрастие к видеоиграм уменьшает шансы на поиск работы JPP: Пристрастие к видеоиграм уменьшает шансы на поиск работы В резюме не стоит указывать любовь к видеоиграм, это снижает шансы соискателя на трудоустройство даже при достойных деловых качествах. К этому выводу пришли немецкие психологи, опубликовав итоги работы в Journal…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России и Азовским морем сбили 22 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России и Азовским морем сбили 22 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ и акваторией Азовского моря 22 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурные средства…
В России в 2025 году за террористические преступления осудили порядка 2 тысяч человек  В России в 2025 году за террористические преступления осудили порядка 2 тысяч человек  Порядка 2 тыс. человек были осуждены в 2025 году в России за террористические преступления. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Верховного суда России в ответ на запрос агентства. За январь-ноябрь…
Серия взрывов в Каракасе и режим ЧП. Главное о ситуации в Венесуэле Серия взрывов в Каракасе и режим ЧП. Главное о ситуации в Венесуэле В столице Венесуэлы Каракасе произошла серия взрывов после сообщений о пролете авиации над городом. Власти страны заявили о военной агрессии со стороны США и объявили чрезвычайное положение. В Белом доме…
Тема дня
Почему враги не смогли задушить Иран Почему враги не смогли задушить Иран

Врагам Ирана и в 2025-м не удалось парализовать его волю и лишить его инициативы. Страна по-прежнему...

Фото
Найден способ снижения повреждений сердца после инфаркта Найден способ снижения повреждений сердца после инфаркта

Исследователями из Медицинской школы Йельского университета предложен метод снижения рисков поврежде...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".