Теллуриду свинца помогли удвоить эффективность
Американские ученые создали материал, преобразующий тепло в электричество с рекордной эффективностью, превышающей в два раза эффективность уже известных подобных материалов. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое описание приводит Nature News.
Термоэлектриками называют вещества, способные вырабатывать электричество при различии температуры в разных зонах материала. Эффективность преобразования определяется двумя (во многом противоречивыми) требованиями. Она тем выше, чем лучше такой материал проводит электричество, и чем хуже он проводит тепло. Даже вещество с очень низким сопротивлением будет неэффективно как термоэлектрик, если оно хорошо проводит тепло. Градиент температур в таком веществе быстро выровняется, и преобразование энергии прекратится.
Добиться низкой теплопроводности при высокой электрической проводимости ученым удалось за счет изменения микроструктуры материала. Исследователи использовали классический термоэлектрик - теллурид свинца (PbTe), но добавили в него вкрапления нанокристаллов теллурида стронция. Они не изменяли электрическую проводимость, но нарушали упорядоченную структуру материала, а следовательно, и его теплопроводность.
Кроме того, ученые создавали в полученном материале микроскопические трещины. Это не позволяло теплу свободно двигаться в толще материала, но лишь незначительно влияло на его сопротивление.
В результате, удалось добиться двукратного увеличения эффективности преобразования тепла: с 7 до 15 %, что является абсолютным рекордом. Эффективные термоэлектрики имеют большое значение для энергетики. Более двух третей работы, которая затрачивается на производство электроэнергии, теряется в виде тепла, которое можно было бы использовать. Кроме того, термоэлектрики иногда используются и как основной источник электричества - например, на марсоходе "Кьюриосити", в котором тепло вырабатывается плутониевым топливным элементом.
Термоэлектриками называют вещества, способные вырабатывать электричество при различии температуры в разных зонах материала. Эффективность преобразования определяется двумя (во многом противоречивыми) требованиями. Она тем выше, чем лучше такой материал проводит электричество, и чем хуже он проводит тепло. Даже вещество с очень низким сопротивлением будет неэффективно как термоэлектрик, если оно хорошо проводит тепло. Градиент температур в таком веществе быстро выровняется, и преобразование энергии прекратится.
Добиться низкой теплопроводности при высокой электрической проводимости ученым удалось за счет изменения микроструктуры материала. Исследователи использовали классический термоэлектрик - теллурид свинца (PbTe), но добавили в него вкрапления нанокристаллов теллурида стронция. Они не изменяли электрическую проводимость, но нарушали упорядоченную структуру материала, а следовательно, и его теплопроводность.
Кроме того, ученые создавали в полученном материале микроскопические трещины. Это не позволяло теплу свободно двигаться в толще материала, но лишь незначительно влияло на его сопротивление.
В результате, удалось добиться двукратного увеличения эффективности преобразования тепла: с 7 до 15 %, что является абсолютным рекордом. Эффективные термоэлектрики имеют большое значение для энергетики. Более двух третей работы, которая затрачивается на производство электроэнергии, теряется в виде тепла, которое можно было бы использовать. Кроме того, термоэлектрики иногда используются и как основной источник электричества - например, на марсоходе "Кьюриосити", в котором тепло вырабатывается плутониевым топливным элементом.