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.
На Марсе нашли древний пляж, говорящий о вероятности его обитаемости в прошлом
В марсианском кратере Езеро найдены песчаники с округлыми зёрнами, характерной косой слоистостью и «волновыми» структурами. Аналогичные образования на Земле почти безошибочно определяются как след древней береговой зоны. Марсоход NASA Perseverance…
Как придать иммунитету вторую молодость, рассказали учёные
Иммунитет с рождения защищает человека от инфекций и недугов. Но с возрастом он утрачивает былую силу. Омолодить иммунитет – такую амбициозную цель поставили американские ученые в новом исследовании, которое оказалось…
FP: Предложена природная замена антибиотикам
Группа польских ученых выяснила, что эфирные масла лекарственных растений могут мешать росту опасных бактерий в условиях, схожих с реальными инфекциями. Результаты исследования свидетельствуют, что подобные натуральные соединения способны стать перспективным…
МО: за ночь силы ПВО уничтожили 21 украинский БПЛА над регионами России
Российские средства ПВО уничтожили и перехватили 21 украинский БПЛА над регионами РФ за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачен и уничтожен…
Какие законы вступают в силу в феврале 2026 года
Индексация пособий и маткапитала, дополнительная защита прав граждан при возврате товаров ненадлежащего качества, закрепление правового статуса Российского Красного Креста и другие законы и нормы, которые вступают в силу в феврале,…
Трамп заявил, что переговоры по Гренландии уже начались
Президент США Дональд Трамп заявил, что переговоры по Гренландии начались, и выразил надежду на "хорошую сделку" и для Вашингтона, и для Европы. "Мы начали переговоры, - сказал он, отвечая на…
Чрезвычайное положение в США: новая антикубинская кампания Дональда Трампа
30 января (по московскому времени) на сайте Белого дома был опубликован указ президента США, максима...
Стареющие стволовые клетки мышц повышают устойчивость, но замедляет регенерацию
С возрастом процессы восстановления и регенерации тканей после травм замедляются. В мышцах это проис...
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.
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)".