|
Энергия является одной из самых больших проблем в мире, а в Соединенных Штатах, более половины энергии, которую мы потребляем каждый год теряется в виде тепла вместо того, чтобы быть использованной.
"Мы делаем всю эту работу, чтобы получить масло из земли и перерабатывать ее, но когда мы пытаемся сделать некоторую работу с ним, большая часть энергии выходит из выхлопной трубы автомобиля или из дымовой трубы от электростанции, "говорит Уайт. "Даже если бы мы могли вернуть небольшую часть того, что мы выбрасываем в виде тепла, что будет иметь значительное влияние на наше потребление энергии."
Есть способы, чтобы превратить тепло в электричество. Если материал нагрет с одной стороны и охлажден, с другой, поток тепла от горячего к холодному может быть превращен в электричество. Но большинство из термоэлектрических материалов на рынке сегодня не очень хорошо это делают. Уайт говорит, что когда тепло течет через материал на спинах электронов, то в большинстве материалов, тепловые потоки в волны вынуждают атомы материала вибрировать быстрее. Это не полезное явление, и это заканчивается уничтожением большой части горячей и холодной дифференциал. Во многих материалов, вибрация атомов уносит 90 процентов тепла, прежде чем она может быть использована.
Целью Уайта является создание материалов, где колебательные эффекты сведены к минимуму или, другими словами, где большой процент тепла получается от движения электронов, создавая поток электроэнергии. Он также считает, что это важно убедиться, что эти материалы имеются в изобилии и нетоксичен.
Уайт, возможно, нашел такого кандидата это оксид цинка. Вещество, используемое во многих солнцезащитных кремах. Оксида цинка в избытке, он дешев и безопасен. К сожалению, в нормальном состоянии, оксид цинка имеет молекулярную структуру, которая транспортирует тепло с помощью вибрации атомов вместо того, чтобы превратить его в электричество.
Манипулируя оксидом цинка на молекулярном уровне, Уайт и его коллеги в состоянии сделать это лучше в выработки электроэнергии. Во-первых, они растягивают материал в проволоку, диаметром 50 нанометров. (Это примерно в 10000 раз тоньше, чем человеческий волос.) Это позволяет изменить распространение тепла через материал. Далее, они вставили нанопроводоа в аэрогель диоксида кремния, вещество, которое плохо проводит тепло. Потому что из интересных и уникальных взаимодействий, которые происходят при очень малых масштабах, нанопроволоки может занять от свойств окружающих материалов. В этом случае провода стали очень плохими проводниками тепла. Их способность проводить тепло через атомных колебаний уменьшился в 10 раз, так что их эффективность в превращении тепла в электричество взлетела. Результаты были опубликованы в апреле 2013 года в Applied Physics Letters , верхней в своей области журнала.
Уайт считает, чтоматериалы проводов и аэрогеля могут быть смешаны и подобраны для настройки термоэлектрических свойств для различных применений, такие как отработанное тепло от электростанций, автомобилей или бытовых печей. Поскольку аэрогель почти прозрачный, белый, даже предусматривает делать оконные покрытия, которые вырабатывают электроэнергию.
При правильном материалов, это может быть возможным исключить двигатель внутреннего сгорания в целом. Уайт и члены его лаборатории думаю, что они могут иметь способ сделать это. Это все сводится к кремнию, который является превосходным полупроводник-вот почему наши электронные устройства на основе кремния, но также действительно хорошо проводит тепло через колебаний атомов. Группа Уайта избавляется от этих вибраций путем создания композита из диоксида кремния с использованием новой технологии изготовления, который наращивается слой за слоем.
Новый композитный материал имеет теплопроводность в 1000 (!) раз ниже, чем обычный кремний. Группа надеется сделать ее еще в три раза ниже , сделав кристалл чище и более равномерно по образцу. Если теплопроводность будет низкая, то материал будет хорошо работать на превращение тепла в электричество.
|
