Получен термоэлектрический материал с рекордными характеристиками

Получен термоэлектрический материал с рекордными характеристиками

Физики из Калифорнийского технологического института и Шанхайского института керамики получили термоэлектрический материал с рекордно высокими характеристиками.

Для создания генератора, преобразующего тепловую энергию в электрическую, необходимы (см. рис. ниже) термоэлектрические полупроводники n- и p-типа. Генераторы на базе теллурида свинца PbTe появились довольно давно — в шестидесятых годах прошлого века; они устанавливались, к примеру, на космических аппаратах, где тепло предоставляли распадающиеся радиоизотопы. Термоэлектрические системы могли бы широко применяться и на Земле, но сначала нужно повысить их эффективность.

Схема термоэлектрического генератора (иллюстрация Jeffrey Snyder и Eric S Toberer, Nature Materials).

 

Добротный термоэлектрический материал должен хорошо проводить электричество, но иметь плохую теплопроводность. Для того чтобы формализовать эти требования, инженеры ввели параметр Z, равный S2σ/k (на практике, впрочем, чаще используют безразмерную величину ZT, произведение Z на рабочую температуру). Здесь S — коэффициент термоэдс, σ — удельная электропроводность, а k — удельная теплопроводность.

Одним из способов увеличения ZT считается наноструктурирование — введение наноразмерных элементов в структуру материала, снижающее его теплопроводность. В начале этого года мы рассказывали о материале, который был получен включением нанокристаллов теллурида стронция в матрицу из PbTe, легированную теллуридом натрия. Он демонстрировал величину ZT = 1,7 при 815 К.

Авторы новой работы действовали иначе, стремясь увеличить электропроводность, но сохранив теплопроводность на прежнем уровне. С этой целью они заменили в теллуриде свинца около 20 процентов атомов теллура на атомы селена, добившись роста ZT до 1,8 при 850 К. «Я, конечно, мог что-то пропустить, но эта величина представляется мне самой значительной из обсуждавшихся специалистами в последние пять лет», — говорит руководитель группы Джеффри Снайдер (Jeffrey Snyder).

Если учёные хотят построить на основе такого материала термоэлектрический генератор, необходимо подобрать соответствующий полупроводник n-типа (созданные образцы PbTe1 – хSeх относятся к р-типу). Кроме того, нужно устранить проблему резкого снижения ZT с уменьшением температуры: очевидно, что найти применение генератору, эффективно работающему только при 850 К, будет сложно. По словам г-на Снайдера, именно эти две задачи физики и пытаются решить.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

  • Дата публикации: 06.05.2011
  • 291
ООО «ДЕЛОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Отраслевой информационно-аналитический портал, посвящённый энергетике Беларуси. Актуальные новости и события. Подробная информация о компаниях, товары и услуги.
220013
Республика Беларусь
Минск
ул. ул. Б. Хмельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

191611654
5
5
1
150
150