Материалы портала «Научная Россия»

Учёные предложили метод резкого увеличения эффективности термоэлектрических материалов

Учёные предложили метод резкого увеличения эффективности термоэлектрических материалов
Учёные из Колорадского университета в Боулдере (США) во главе с Махмудом Хусейном (Mahmoud Hussein) обратились к главной слабости термоэлектрических материалов. А именно: когда одна сторона обычного устройства на их основе нагревается, а другая остаётся б

Учёные из Колорадского университета в Боулдере (США) во главе с Махмудом Хусейном (Mahmoud Hussein) обратились к главной слабости термоэлектрических материалов. А именно: когда одна сторона обычного устройства на их основе нагревается, а другая остаётся более прохладной, начинает идти ток; и наоборот, при пропускании тока через такое устройство он может охладить одну из сторон или нагреть другую.

Однако те же качества, что позволяют термоэлектрикам пропускать через себя ток (без чего от них не было бы пользы), заставляют их «пропускать» тепло, то есть та самая разница температур, что приводит устройство в действие, постоянно снижается, поскольку от горячей стороны нагрев передаётся холодной. Как ограничить такую теплопередачу, не помешав электропроводности материала?

Группа г-на Хусейна создала на листе термоэлектрического материала (кремния) массив наностолбиков, который позволит получить первый нанофононный метаматериал. Тепло передаётся в нём фононами — квантами колебательного движения атомов. Атомы наностолбиков тоже подвержены этим колебаниям, однако если правильно подобрать размеры столбиков, то их колебания могут совпасть с колебаниями поступающих от термоэлектрика фононов, накладываясь на них и гася их, тем самым блокируя перенос тепла. Ток же зависит от свободного движении электронов, а на них наностолбики влияние не оказывают. Пока, если верить компьютерной модели, выходит, что даже по самой консервативной оценке перенос тепла внутри термоэлектрических систем может быть снижен наполовину, однако, подчёркивают исследователи, на практике результат может оказаться много выше. Чтобы подтвердить это, разработчики намереваются проверить свою модель, в скором времени создав такой материал в лаборатории. Чего можно ожидать, если всё это станет явью?

Нанофононные метаматериалы могут пригодиться в солнечных батареях, где они будут генерировать ток на разнице температур верхней и нижней поверхности фотоэлемента, одновременно охлаждая его и поднимая КПД. Упоминаются и... ноутбуки — устройства, в которых с охлаждением всегда проблемы, а «агрессивное» использование кулера, по сути, невозможно. В портативных компьютерах охлаждение с помощью термоэлектрических материалов, во-первых, снизит нагрузку на кулер, а во-вторых, ни в коей мере не скажется на уровне шума.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Колорадского университета в Боулдере.

Источник: compulenta.computerra.ru

махмуд хусейн наноповерхность нанофононный метаматериал термоэлектрические материалы

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий