Инновационный материал поставил рекорд преобразования тепла в электричество - «Технологии»
✔ Технологии стоят у истоков любого изобретения. Благодаря им появляются новые устройства и материалы. В этом разделе вы найдете информацию о самых интересных технологиях современного хайтек мира. |
Австрийские ученые разработали новый материал, способный генерировать электроэнергию за счет разности температур. Это позволяет датчикам и небольшим процессорам самим обеспечивать себя энергией без подключения к сети.
Преобразование тепловой энергии в электрическую происходит за счет так называемого эффекта Зеебека: напряжение возникает, если на обоих концах материала образуются разные температуры. Объем электрической энергии, которая при этом выделяется, измеряется значением ZT: чем оно выше, тем лучше термоэлектрические свойства материала.
До настоящего времени самый высокий коэффициент ZT термоэлектриков был от 2,5 до 2,8. Но ученые Венского технического университета создали композит на основе кристалла кремния, на который нанесен тонкий слой железа, ванадия, вольфрама и алюминия, с показателем ZT от 5 до 6.
«Материал с ярковыраженными термоэлектрическими свойствами должен демонстрировать сильный эффект Зеебека и при этом решать две противоположные задачи – проводить электричество как можно лучше, а тепло – как можно хуже», - отмечает профессор университета Эрнст Бауэр.
По словам ученого, атомы в этом материале обычно располагаются строго регулярным образом в гранецентрированной кубической решетке. Это значит, что расстояние между двумя атомами железа всегда одинаково. Однако, при нанесении тонкого композитного слоя на кремний, происходит удивительное: структура кардинально меняется и распределение атомов разных типов становится совершенно случайным.
Инновационный материал показал такую эффективность, которая позволяет применять его для питания компьютерных процессоров и небольших датчиков. Таким образом, его характеристики идеальны для электронных девайсов интернета вещей.
Например, два атома железа могут находиться рядом друг с другом, места рядом с ними могут быть заняты ванадием или алюминием, и больше не существует никаких правил, определяющих, где будет находиться следующий атом железа в кристалле. Такое чередование регулярности и нерегулярности расположения атомов также варьирует структуры электронов, что определяет их направления перемещения в твердом теле. Электрический заряд проходит через материал особым образом, как фермионы Вейля, проходя сквозь препятствие либо обтекая его. Таким образом достигается очень низкое электрическое сопротивление.
С другой стороны, из-за неравномерностей в кристаллической структуре колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, замедляются и теплопроводность уменьшается. Очень важно при этом поддерживать разность температур, так как при равномерной температуре материала термоэлектрический эффект прекращается.
Конечно, из-за того, что слой материала очень тонкий, он не может генерировать большое количество энергии, но его преимущество в том, что он может быть использован как мини батарейка для автономного питания сенсоров и компактных электронных устройств, которые становятся все более востребованным в Интернете вещей.
Источник: tuwien.at
И будьте в курсе первыми!
