Ученые работают над открытием инновационного источника энергии

Если коротко: при возникновении в полуметалле Вейля разницы температур и при условии влияния на него магнитного поля извне, мелалл начинает производить электричество.

Касаемо применения этих разработок в практических целях, к примеру,представим себе смартфон, который, нагреваясь, заряжает себя от собственно выделенного тепла. Звучит заманчиво и необычно, но, возможно, скоро станет реальностью, благодаря обнаружению американскими учеными нового источника энергии.
Причем, значительного термоэлектрического эффекта ученые обещают добиться при невысоких температурах — комнатной и ниже.
Ученые из Массачусетского Технологического института задумались о том, что огромное количество ( более двух третей) энергии после использования превращается в отработанное тепло, которое выбрасывается в атмосферу. В свете непрекращающейся борьбы с “парниковым эффектом”, ученые занялись вопросом использовании этой “ненужной” энергии.

Как было уже известно ранее, температурный градиент или разница в материале могут вызывать электрическое напряжение, возбуждающее ток.Это явление носит название “эффект Зеебека или термо ЭДС”- электродвижущая сила, возникающая в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников.
Оставалось найти подходящий материал. Ученые искали материал, который бы давал высокую эффективность преобразования для более широкого применеия термоэлектрической генерации на практике, в идеале – материал, эффективно работающий при комнатной температуре или ниже.

Последние исследования MIT показали, что новый механизм может оптимизировать как электрическую проводимость, так и термо-ЭДС (хотя они обратно пропорциональны). Экспериментаторы основывались на теории, что сильное магнитное поле усилит термоэлектрический эффект в так называемых топологических полуметаллах Вейля.

Этот тип материала должен иметь общие характеристики металлов и полупроводников, а также некоторые уникальные особенности, например, необычные электрические свойства. А прирост термо-ЭДС должен возникать в нем благодаря новому термоэлектрическому квантовому эффекту Холла (явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле).
Когда магнитное поле достаточно велико, чтобы вызвать этот эффект, достигается универсальное значение термоэлектрической холловской проводимости. Даже при изменении магнитного поля значение холловской проводимости не должно меняться.

Для проверки своей гипотезы исследователи MIT использовали образцы одного из вейлевских полуметаллов — фосфида тантала (TaP), которые были наделены перечисленными выше свойствами. Из кристалла TaP ученые сделали тонкую полосу, один конец которой нагрели, и под действием магнитного поля напряженностью 9 Тл измерили электро- и теплопроводность, а также наведенное напряжение.

В ходе экспериментов удалось добиться некоторых важных результатов:

  • во-первых, выяснилось, что термоэлектрический квантовый эффект Холла действительно может быть вызван в полуметалле Вейля.
  • во-вторых, удалось получить очень высокое значение термо-ЭДС.
  • в-третьих, кристалл TaP достиг рекордно высокого коэффициента мощности — произведения электропроводности и термо-ЭДС в квадрате, что очень важно для эффективного термоэлектрического преобразования. Этот коэффициент мощности был в 10 раз больше, чем в любом другом термоэлектрическом материале. Это значение ученые получили при –233°C.
    Сейчас их задача состоит в том, чтобы найти полуметалл Вейля, который мог бы реализовать свой пиковый коэффициент мощности и пиковую эффективность ближе к комнатной температуре.
    Также ученые хотят заняться разработкой полуметалла, который может генерировать собственное магнитное поле благодаря введению магнитных элементов в его кристаллическую структуру, тем самым устраняя необходимость во внешнем поле.

Когда появятся новые термоэлектрические материалы, эффективно работающие при комнатной температуре, мы сможем использовать источники энергии, о которых раньше никто даже не догадывался.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *