Электромобили могут приблизить конец нефтяного века
25.03.2024
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 S2•σ/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.
Новости компаний 27.03.2024
В мире 25.03.2024
Тема дня 25.03.2024
Новости компаний 20.03.2024
Беларусь 20.03.2024
Технологии 01.03.2024
Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться
Читайте также