Новые материалы для будущих Green Tech устройств

Новое исследование показывает – пористые вещества могут действовать как термоэлектрические материалы, указывая путь к инженерному использованию их в термоэлектрических устройствах будущего.

В создании технологий, необходимых для захвата тепла, исследователи во всем мире пытались более эффективно использовать термоэлектрические материалы. Одним из таких перспективных материалов является вещество, наполненное крошечными отверстиями, размером от микрона (10-6 м) до нанометра (10-9 м). Как пояснил сотрудник Национального центра научных исследований Демокрита (Афины) Димитрис Niarchos: «Пористые термоэлектрики могут сыграть значительную роль в улучшении термоэлектрики, как жизнеспособная альтернатива для преобразования уходящего впустую тепла».

Тепло проходит через материал с помощью фононов, квантованных единиц вибрации, которые действуют как теплонесущие частицы. Когда фонон проникают в отверстие, он рассеивает и теряет энергию. Таким образом, чем более пористый материал, тем ниже теплопроводность, и тем лучше качестве термоэлектрического материала.

Команда Niarchos изучала тепловые свойства четырех простых модельных структур микро-нано пористых материалов. Этот анализ, по словам исследователей, обеспечивает грубый план, как проектировать такие материалы для термоэлектрических устройств.

Исследователи обнаружили, что чем меньше поры и тем ближе они расположены в веществе, тем меньше его теплопроводность. Их расчеты совпадают с данными из других экспериментов. Они также показывают, что микро-нано пористые материалы могут в несколько раз лучше преобразовывать тепло в электричество, чем материал без пор.

Первая модель описывает материал, наполненный отверстиями случайных размеров, от микрон до нанометров в диаметре. Вторая состоит из нескольких слоев, в которой каждый слой содержит поры различных размеров. Третий материал, который состоит из трехмерной кубической решетки одинаковых отверстий. Четвертый – многослойная система, где каждый слой содержит кубическую решетку одинаковых отверстий. Размер отверстий отличается в каждом слое.

Согласно результатам, первая и четвертая модели имеют более низкую теплопроводность, чем вторая. Третья модель имеет более низкую теплопроводность, чем четвертая. Но, как сказал Niarchos, первая модель – наиболее реалистичный вариант. Так как другие, создать практически невозможно, из-за равного размера пор. Тем не менее, по его словам, все проанализированные модели демонстрируют важность пористости в термоэлектрических материалах.

Источник: nauka24news.ru/