Воскресенье 13 сентября 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
Читайте также
Изысканное птичье перо возрастом 66 млн лет сохранилось в экскрементах динозавра Изысканное птичье перо возрастом 66 млн лет сохранилось в экскрементах динозавра Птица, которую 66 миллионов лет назад съел (и частично вывел из организма) динозавр, оставила после себя перья — образцы лучшей сохранности из всех, что ученым когда-либо удавалось извлечь из пород…
Племя бронзового века в Польше употребляло в пищу кашу, привезенную из Китая Племя бронзового века в Польше употребляло в пищу кашу, привезенную из Китая Примерно в 1590 году до нашей эры — более чем за 800 лет до основания Рима и еще до рождения Тутанхамона — небольшое количество людей на территории современной юго-восточной Польши…
Необъяснимые гамма-лучи могут быть результатом самоаннигиляции темной материи Необъяснимые гамма-лучи могут быть результатом самоаннигиляции темной материи В 2009 году астрономы, использующие гамма-телескоп Fermi, обнаружили избыток энергии в центре галактики Млечный Путь. Глубокие наблюдения не выявили источника этой энергии, получившей название «избыток энергии в центре галактики в…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 230 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России сбили 230 украинских беспилотников Российские силы ПВО сбили 230 украинских беспилотников самолетного типа над регионами России за ночь, сообщили в Минобороны РФ. "С 20:00 11 сентября до 08:00 мск 12 сентября дежурными силами ПВО…
Шуваев: за сутки в Белгородской области из-за атак ВСУ погиб 1 человек, 14 были ранены Шуваев: за сутки в Белгородской области из-за атак ВСУ погиб 1 человек, 14 были ранены В Белгородской области за сутки 1 человек погиб, 14, в том числе 4 детей, получили ранения в результате атак ВСУ, сообщил в "Максе" врио губернатора региона Александр Шуваев. "Во время…
Хинштейн: за сутки в Курской области из-за удара ВСУ погиб мужчина Хинштейн: за сутки в Курской области из-за удара ВСУ погиб мужчина Мужчина погиб в результате удара ВСУ в поселке Глушково Курской области за прошедшие сутки. Об этом сообщил губернатор региона Александр Хинштейн в "Максе". "В результате атак, к глубокой скорби, в…
Тема дня
Украинцы все чаще чувствуют себя в Европе нежеланными гостями Украинцы все чаще чувствуют себя в Европе нежеланными гостями

Беженцам с Украины все сложнее находить безопасные для себя страны на территории Европы. Так, в Поль...

Фото
Вулканический покров сохранил древний ландшафт Анд на протяжении 22 млн лет Вулканический покров сохранил древний ландшафт Анд на протяжении 22 млн лет

Вулканическое извержение 22 миллиона лет назад погребло под собой часть Анд, сохранив следы, свидете...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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)".