Вторник 17 февраля 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
Розовые камни из Антарктиды привели к открытию огромной структуры подо льдом Розовые камни из Антарктиды привели к открытию огромной структуры подо льдом Издалека Антарктида выглядит как чистый белый ледяной покров, но основные процессы происходят глубоко под поверхностью. Там лед соприкасается с горными породами, водой и осадочными породами. Эта зона контакта определяет скорость…
Что толкает мужчин на измену, показало исследование Что толкает мужчин на измену, показало исследование Новое исследование международного научного коллектива показало: мужчины в среднем более открыты к случайному сексу, чем женщины. При этом главная роль принадлежит не только полу, но и уровню удовлетворенности отношениями и…
Самое масштабное извержение на Земле изменило тектонические плиты Самое масштабное извержение на Земле изменило тектонические плиты В Тихом океане миллионы лет назад случилось извержение, едва не уничтожившее жизнь на Земле. Оно сформировало плато Онтонг-Ява — огромную гору под водой. Эксперты провели сканирование дна сейсмическими волнами и…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 151 украинский беспилотник МО: за ночь над Россией сбили 151 украинский беспилотник Силы ПВО за ночь уничтожили 151 украинский беспилотник над российскими регионами, а также над Черным и Азовским морями, сообщили в Минобороны РФ. Два человека пострадали в поселке Ильском Краснодарского края…
Хинштейн: ВСУ 15 раз за сутки применили артиллерию по отселенным районам Курской области Хинштейн: ВСУ 15 раз за сутки применили артиллерию по отселенным районам Курской области В Курской области за прошедшие сутки были сбиты 13 беспилотников Вооруженных сил Украины, 15 раз ВСУ применили артиллерию по отселенным районам региона. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли более 20 жителей России Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли более 20 жителей России Свыше 20 мирных жителей субъектов РФ за минувшую неделю погибли в результате ударов Вооруженных сил Украины, более 120 человек, включая 6 детей, получили ранения. Об этом сообщил ТАСС посол по…
Тема дня
Зачем США женевский «дуршлаг» Зачем США женевский «дуршлаг»

Упорство США в организации переговоров по Украине похвально, однако на фоне третьего раунда, на этот...

Фото
Guardian: Вирус птичьего гриппа добрался до австралийского острова Guardian: Вирус птичьего гриппа добрался до австралийского острова

Птичий грипп H5N1 был «докатился» и до пингвинов Адели на острове Херд. Это одна из наиболее удаленн...

Опрос

Получат ли США Гренландию?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".