Воскресенье 18 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
Первые люди могли прибыть в Америку не через Берингию, а через Хоккайдо Первые люди могли прибыть в Америку не через Берингию, а через Хоккайдо На протяжении десятилетий история о том, как первые люди попали в Америку, основывалась на миграции вглубь континента через заснеженные равнины Берингии. Однако все большее количество археологических и генетических данных ставит…
Ученые создали самую полную карту мира, скрытого подо льдом Антарктиды Ученые создали самую полную карту мира, скрытого подо льдом Антарктиды Чтобы исследовать ландшафт под многокилометровым ледяным щитом Антарктиды, ученые обычно таскают тяжелое радиолокационное оборудование по льду на снегоходах или подвешивают радары к крыльям самолетов. Однако даже после десятилетий путешествий по…
Замедлять болезнь Альцгеймера предложено с помощью звуковой терапии Замедлять болезнь Альцгеймера предложено с помощью звуковой терапии Учёными из Китайской академии наук представлена новая методика звуковой стимуляции мозга, способная выводить токсичные белки, что характерны для болезни Альцгеймера. Это позволит обеспечить длительную защиту от симптомов заболевания, утверждают авторы…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь средства ПВО сбили 99 украинских БПЛА над регионами России МО: за ночь средства ПВО сбили 99 украинских БПЛА над регионами России Силам ПВО удалось перехватить и сбить за ночь над регионами России 99 украинских дронов. Об этом рассказали в Минобороны России. За ночь, с 23:00 мск до 07:00 мск, силам ПВО…
Госдума оперативно обсудит санкции за нарушения при оформлении sim-карт Госдума оперативно обсудит санкции за нарушения при оформлении sim-карт Госдума в приоритетном порядке рассмотрит внесенные правительством РФ законопроекты о санкциях за нарушения при оформлении договоров на услуги связи. Об этом сообщил председатель палаты парламента Вячеслав Володин. "Поступившие инициативы рассмотрим…
С 1 марта 2026 года за систематическое нарушение правил безопасности будут отключать газ С 1 марта 2026 года за систематическое нарушение правил безопасности будут отключать газ Специалисты газовой службы начиная с марта 2026 года получат право отключать газоснабжение в случае, если собственники жилья систематически нарушают правила безопасности. Об этом ТАСС сообщил преподаватель кафедры семейного и жилищного…
Тема дня
Для Тимошенко Зеленский оказался хуже Януковича Для Тимошенко Зеленский оказался хуже Януковича

Юлия Тимошенко рискует в третий раз попасть в тюрьму. Впервые она оказалась за решеткой еще во време...

Фото
Изменение климата влияет на качество продуктов питания и роль пищевых добавок Изменение климата влияет на качество продуктов питания и роль пищевых добавок

Изменение климата влияет на повседневную жизнь многими видимыми способами, такими как более жаркое л...

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)".