Среда 10 декабря 2025 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
Nature: При недосыпе мозг запускает днём «ночные» волны Nature: При недосыпе мозг запускает днём «ночные» волны Специалисты Массачусетского технологического института выяснили, что в условиях недосыпа мозг запускает механизмы ночной очистки во время бодрствования. Как передаёт портал Nature, у невыспавшихся людей эксперты регистрировали в моменты краткой потери…
Неожиданно: частое употребление кофе ведет к восстановлению во время сна Неожиданно: частое употребление кофе ведет к восстановлению во время сна В авторитетном издании Journal of Psychopharmacology опубликованы результаты недавнего исследования, авторами которого стала группа учёных из Университета Цюриха. Оно показало сложные взаимосвязи между употреблением кофе и качеством сна. Выяснилось, что…
Странные камни на Марсе показывают, что он когда-то был тропическим оазисом Странные камни на Марсе показывают, что он когда-то был тропическим оазисом Новые наблюдения Perseverance указывают на то, что отбеленные глинистые породы, обнаруженные на поверхности Марса, свидетельствуют о том, что на Красной планете когда-то были обильные дожди и тропические условия. Исследование необычно…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 121 украинский беспилотник МО: за ночь над регионами России сбили 121 украинский беспилотник Силы ПВО за ночь сбили 121 украинский беспилотник над регионами России и Каспийским море, из них 49 - над Белгородской областью, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в…
Суд ООН рассмотрит претензии России к Украине из-за геноцида в Крыму и на Донбассе Суд ООН рассмотрит претензии России к Украине из-за геноцида в Крыму и на Донбассе Международный суд ООН рассмотрит претензии России к Украине в части геноцида населения Крыма и Донбасса, суд даст оценку деяниям ВСУ на этих территориях, сообщил председатель Госсовета Республики Крым Владимир Константинов.…
В МИД назвали условие, при котором Россия продолжит переговоры с Украиной В МИД назвали условие, при котором Россия продолжит переговоры с Украиной Украина и ее европейские партнеры пытаются завести в тупик переговорный процесс по предложенному США мирному плану и хотят сделать Россию виновной в срыве урегулирования. Об этом "Известиям" сообщил посол по…
Тема дня
Дональд Трамп провозгласил конец глобализма Дональд Трамп провозгласил конец глобализма

«Американская империя», разрушение глобализма и «мир через силу» – вот три главных заявления новой д...

Фото
Изменение климата сыграло ключевую роль в вымирании Homo floresiensis Изменение климата сыграло ключевую роль в вымирании Homo floresiensis

Homo floresiensis — небольшой древний вид человека, прозванный «хоббитом», — мог вымереть около 50 0...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

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)".