Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Термоэлектрический эффект можно усилить в 5 раз магнитным полем

Физики Брайан Скиннер (Brian Skinner) и Лян Фу (Liang Fu) из Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ значительно повысить потенциал термоэлектричества с помощью теоретического метода, представленного  ими в журнале Science Advances. Материал, для которого они смоделировали этот эффект, стал в пять раз эффективнее и способен генерировать вдвое больше энергии, чем лучшие термоэлектрики, известные сегодня.

В своей работе Сканер и Фу сосредоточились на изучении термоэлектрических свойств топологических полуметаллов. Их уникальность заключается в нулевой запрещённой зоне – свойство, позволяющее электронам легко переходить на более высокие энергетические уровни при нагреве.

Однако, если одну сторону материала нагревать, то на другой, холодной стороне будут накапливаться не только возбужденные электроны, но и оставляемые ими за собой положительно заряженные «дырки», и суммарный термоэлектрический эффект будет весьма незначительным.

Решение возникшей проблемы было найдено в статье пятилетней давности, где команда Принстонского университета сообщала об интересных особенностях поведения топологического материала (селенида свинца/олова) в сильном магнитном поле.

«В конце концов мы выяснили забавную вещь, в сильном магнитном поле можно заставить электроны и дыры двигаться в противоположных направлениях, – говорит Скиннер. – Электроны движутся к холодной, а дыры к горячей стороне. Они работают сообща, и в принципе вы можете извлекать большее и большее напряжение из того же материала, просто усиливая магнитное поле».

Группа теоретически рассчитала термоэлектрическую добротность (ZT) свинцового оловянного селенида – показатель, который говорит, насколько близок материал к теоретическому пределу генерирования энергии из тепла. ZT самых эффективных среди известных до сих пор термоэлектрических материалов составляет около 2. Скиннер и Фу обнаружили, что при воздействии на селенид свинца/олова магнитным полем интенсивностью в 30 тесла его ZT возрастает до 10 – в пять раз больше, чем у лучших термоэлектриков.

Согласно результатам этого моделирования, если нагреть этот материал от комнатной температуры до 500 кельвин, то он сможет преобразовать 18% полученного тепла в электричество.

Авторы признают, что такой эффект сегодня может быть реализован от силы в десятке магнитных лабораторий во всем мире. Для того чтобы его стало практично использовать в автомобилях или электростанциях, интенсивность магнитного поля требуется снизить до 1–2 тесла.

Фу считает это вполне достижимым, если удастся получить топологический полуметалл достаточной чистоты, с ничтожно малым количеством дефектов, мешающих течению электронов. Добиться нужной чистоты очень сложно, но решением проблем выращивания высококачественных материалов сегодня занято множество исследователей в ведущих лабораториях.

Кроме того, Фу напомнил, что селенид, с которым они работали, это не самый чистый из синтезированных учёными полуметаллов. Другими словами, уже есть более качественные материалы, которые, возможно, будут генерировать то же количество энергии в менее сильном магнитном поле.

Экспериментальной проверкой этого допущения авторы сейчас и занимаются в сотрудничестве с Принстонским университетом.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (4 votes)
Источник(и):

ko.com.ua