Неравновесные сплавы - тихая революция в термоэлектричестве - 3 Февраля 2010 - Изобретения - в жизнь!

Изобретения -в жизнь!



Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 199

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » 2010 » Февраль » 3 » Неравновесные сплавы - тихая революция в термоэлектричестве
16:00
Неравновесные сплавы - тихая революция в термоэлектричестве


ScienceDaily (1 февраля 2010) Используя несколько самых мощных суперкомпьютеров в мире, ученые  Беркелеевской национальной лаборатории показали, что неравновесные сплавы отлично могут быть применены для  высокоэффективных термоэлектрических устройств в будущем. Термоэлектричество  содержит огромный потенциал для экологически чистого производства энергии из-за  способности преобразовать высокую температуру в электричество.

Вычисления, выполненные на "Franklin", Cray XT4, с параллельной обработкой данных, который принадлежит Научному вычислительный центру исследования энергии (NERSC), показали, что введение примесей кислорода в уникальный класс полупроводников, которые известны, как высоконеравновесные сплавы (HMAs) могут существенно увеличить термоэлектрическую работу этих материалов без деградации их электрической проводимости.

"Мы нашли диапазон недорогих, производительных, нетоксичных материалов, в которых структура материала может быть  настроена для достижения максимального термоэлектрического КПД," говорит Джанкиао Ву, профессор физик в Лаборатории Беркли, проводивший это исследование.

"Мы показали, что сочетание различных элементов сплава в HMAs позволяет увеличить термо-ЭДС без большого уменьшения электрической проводимости, которая не достижима для обычных термоэлектрических материалов," говорит он.

Сотрудничали с Ву в этой работе  Джу-Хунг Ли и Джеффри Гроссман, оба сейчас  работают в  Массачусетском технологическом институте. Команда издала отчет о работе, который опубликовала в "Обзоре Физических Писем".

Эффект Зеебека и Зеленая Энергия

В 1821, немецкий физик Томас Джоханн Зебек заметил, что температурная разница между двумя концами металлического провода генерирует  электрический ток, с напряжением,  прямо пропорционально температурному градиенту. Это явление стало известно как  термоэлектрический эффект Зеебека, и он имеет  большой  потенциал для того, чтобы овладеть высокотемпературной энергией и преобразовать ее в электричество,которая сейчас теряется при производстве электроэнергии. Но чтобы произвести ее нужно иметь высокий термоэлектрический КПД.

"Хорошие термоэлектрические материалы должны иметь высокую термо-ЭДС, высокую электрическую проводимость, и низкую тепловую проводимость," говорит Ву. "Повысить  термоэлектрическую работу можно, уменьшив тепловую проводимость путем изменения наноструктуры. Однако, увеличить работу, увеличивая термо-ЭДС оказалось трудной задачей, потому что увеличение термо-ЭДС обычно происходило за счет уменьшения  электрической проводимости."

Обойти эту проблему, Ву и его коллеги, смогли разработав HMAs, необычный новый класс материалов, развитие которого велось совместно с другим физиком из Лаборатории Беркли, Владиславом Валукевичем. HMAs получены из сплавов, которые не соответствуют определению электроотрицательных, из-за способности их притягивать электроны. Частичная замена анионов с высокоэлектроотрицательных на изоэлектронные ионы позволяет изготовить HMAs, свойства которого могут быть кардинально изменены уже  небольшим введением примеси. Анионы - отрицательно заряженные атомы, а изоэлектронные ионы - различные элементы, которые имеют идентичные электронные конфигурации.

"В HMAs, сочетание между расширенными состояниями основного компонента и ограниченных состоянием другого компонента приводит к сильному реструктурированию полосы, приводя к пикам в электронной плотности состояния и новых субполос в оригинальной структуре полосы," говорит Ву. "Вследствие расширенных состояния, скрещенных в эти субполосы, высокая электрическая проводимость в значительной степени поддержана, несмотря на рассеивание сплава."

В их теоретической работе, Ву и его коллеги обнаружили, что разработанный ими тип электронной  структуры может быть очень выгодным для термоэлектричества. Работая с полупроводниковым селенидом цинка , они моделировали введение двух концентраций атомов кислорода (3.125 и 6.25 процентов соответственно), чтобы создать образцовый HMAs. В обоих случаях, примеси кислорода показывали, чтобы вызвать пики в электронной плотности состояния выше минимума полосы проводимости. Также показано, что удельные веса энергии около плотности государственных пиков были существенно привлечены к высоко электроотрицательные атомы кислорода.

Ву и его коллеги нашли, что для каждого из сценариев моделирования, вызванные примесью, пики в электронной плотности состояния привели к "пиковому увеличению" и термо-ЭДС и электрической проводимости по сравнению с селенидом цинка без кислорода. Увеличение было  30 и 180 % соответственно.

"Кроме того, этот эффект,пропадает, когда электроотрицательная примесь  соответствует основному веществу, которого она  заменяет," говорит Ву. "Эти результаты показывают, что высокоэлектроотрицательные, неравновесные сплавы могут быть разработаны для термоэлектрических применений с высоким термо-ЭДС."

Ву и его группа исследования теперь работают, чтобы фактически синтезировать HMAs для физического испытания в лаборатории. В дополнение к овладению энергией, которая сейчас тратится впустую, Ву полагает, что термоэлектричество, основанное на HMAs сплавах,  может также использоваться для охлаждения твердого тела, в котором термоэлектрическое устройство используется, чтобы охладить другие устройства или материалы.

"Термоэлектрические холодильники имеют преимущества перед обычной технологией охлаждения; они не имеют никаких движущихся частей, нуждаются лишь небольшом обслуживании, и занимают на порядок меньше места," говорит Ву.

Просмотров: 943 | Добавил: defaultNick | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0

Вход на сайт

Поиск

Календарь

«  Февраль 2010  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728

Архив записей

Друзья сайта

  • Создать сайт