Китайские учёные обнаружили новый способ реструктурирования хорошо известного термоэлектрического материала, который позволяет повысить его эффективность сразу в 8 раз.
Чтобы иметь возможность сравнивать эффективность разных термоэлектрических материалов, был введён синтетический параметр ZT. Для достижения высокого ZT материал должен хорошо проводить электричество, обладая при этом низкой теплопроводностью. К сожалению, в случае объёмных материалов добиться такого совмещения практически невозможно. Одним из решений сложной дилеммы становится переход к использованию наноматериалов (нанопровода, нанокристаллы и так далее), содержащих огромное количество границ, которые рассеивают переносящие тепло частицы (фононы), за счёт чего происходит значительное снижение теплопроводности. Однако те же границы могут рассеивать не только фононы, но и электроны, причём обычно эта способность бывает выражена в гораздо большей степени, чем хотелось бы.
Учёные из Китайского университета науки и технологий нашли альтернативный подход к увеличению параметра ZT. В качестве отправной точки они выбрали селенид висмута, отличающийся слоистой структурой. Более ранние теоретические исследования показали, что каждый слой этого материала обладает в два раза более высокой проводимостью, чем целый кристалл.
Для получения отдельных слоёв селенида висмута исследователи интенсивно перемешивали его взвесь с карбонатом лития. Ионы лития интеркалировались между отдельными слоями селенида висмута толщиной в пять атомов. Последующее воздействие ультразвука вызывало расщепление интеркалированного кристалла на слои, которые собрались и высушивались после удаления лития.
Затем эти слои спрессовывались и нагревались до 350 ˚С - до получения плотных гранул. Как и ожидалось, многочисленные интерфейсы внутри получившегося композита рассеивали фононы, эффективно снижая термическую проводимость. И вот итог: сравнительный параметр эффективности ZT нового гранулированного материала достиг 0,35, что в 8 раз (!) выше, чем у кристаллического селенида висмута.
К сожалению, несмотря на значительный успех, показанный параметр эффективности композита всё ещё слишком мал для того, чтобы рассчитывать на масштабное использование. Границей применимости термоэлектриков является величина ZT = 0,7. И всё же сама стратегия повышения эффективности конверсии тепла в электричество, продемонстрированная в этой работе, заслуживает внимания.
Роман Иванов
Источник: science.compulenta.ru
ЕАБТП является союзом (консорциумом) хозяйственно независимых субъектов, нацеленных на разные виды скоординированной деятельности по эффективному использованию имеющихся и созданию новых интеллектуал...
Корпорация "Биотех-внедрение" работает над коммерциализацией передовых биотехнологий и биопродуктов, начиная с 2014 года. Деятельность компании спрофилирована на внедрение наиболее конкурент...
