Четверг 29 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
NatCom: Назван способ быстро снизить уровень «плохого» холестерина NatCom: Назван способ быстро снизить уровень «плохого» холестерина Специалистам из Боннского университета удалось установить, что краткосрочная диета на основе овсянки может стать простым и эффективным способом снижения уровня «плохого» холестерина. Результаты соответствующей работы опубликованы в журнале Nature Communications…
ScienceAlert: В затерянном городе на дне океана обнаружили колыбель жизни ScienceAlert: В затерянном городе на дне океана обнаружили колыбель жизни Одно из уникальных мест на планете — гидротермальное поле Lost City, или «Затерянный город» - спрятано в глубинах Атлантического океана, к западу от Срединно-Атлантического хребта. Это комплекс из огромных известняковых…
Свободноживущие амёбы признаны новой глобальной угрозой для планеты Свободноживущие амёбы признаны новой глобальной угрозой для планеты Международное научное сообщество в тревоге: свободноживущие амёбы, которых раньше считали безобидными обитателями воды и почвы, теперь обретают роль серьёзного фактора риска для здоровья человека. Новые исследования говорят о том, что…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь силы ПВО сбили 75 украинских БПЛА над Россией МО: за ночь силы ПВО сбили 75 украинских БПЛА над Россией Силы ПВО за ночь сбили 75 украинских беспилотников над регионами России, сообщили Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 75 украинских беспилотных летательных аппаратов самолетного…
ФСБ России рассекретила планы нацистской Германии при оккупации Кавказа ФСБ России рассекретила планы нацистской Германии при оккупации Кавказа Планы одного из главный идеологов нацизма, имперского министра по делам оккупационных областей востока Альфреда Розенберга при оккупации Кавказа и Закавказья рассекретил архив УФСБ России по Омской области. Согласно документам, копия…
Подростка приговорили к семи годам за подготовку поджога одного из зданий Минобороны Подростка приговорили к семи годам за подготовку поджога одного из зданий Минобороны Второй Западный окружной военной суд приговорил к семи годам лишения свободы 14-летнего подростка из Тверской области за подготовку поджога одного из зданий Минобороны по указанию украинской террористической организации. Об этом…
Тема дня
Украинский конфликт – эпицентр тектонического сдвига Украинский конфликт – эпицентр тектонического сдвига

Мир неумолимо возвращается к логике сфер влияния, где право голоса имеют только те, кто обладает реа...

Фото
Обнаружено гигантское «металлическое облако», которое может скрывать солнце Обнаружено гигантское «металлическое облако», которое может скрывать солнце

Новое исследование показало, что гигантское облако испарившегося металла может скрывать в близлежаще...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

Мне кажется, что Чебурашку и Буратино в новых российских фильмах рисовали дизайнеры АвтоВАЗа.

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)".