Сегодня 02 апреля 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

В США открыт неизвестный ранее путь для преобразования тепла в электричество

Сегодня выработка электроэнергии сопровождается выбросом огромного количества тепла в окружающее пространство. Заманчиво обернуть эти потери себе на пользу, но современные технологии предлагают решения с очень низкой эффективностью — всего лишь единицы процентов. В США учёные создали метаматериал, который сулит значительное повышение эффективности такого преобразования.

 Наностолбцы на кремнии под электронным микроскопом. Источник изображения: Advanced Materials

Наностолбцы на кремнии под электронным микроскопом. Источник изображения: Advanced Materials

Термоэлектрический эффект — появление разности потенциалов на концах двух последовательно соединённых разнородных проводников при условии наличия разницы в температуре между обоими — двести лет назад открыл физик Томас Зеебек (Thomas Seebeck). Эффект назван его именем. Для эффективного преобразования тепла в электричество требуется, чтобы материал хорошо проводил электроны и плохо проводил тепло. Тогда на его концах будет большая разница температур и, как результат, высокий КПД. К сожалению, в природе такие материалы не встречаются. Если материал хорошо проводит ток, то он ровно так же хорошо будет проводить тепло, и наоборот.

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали метаматериал, который хорошо проводит электроны и плохо проводит тепло. Следует сказать, что тепло в телах с твёрдой кристаллической решёткой передают квазичастицы фононы. И пусть они не настоящие частицы, но они точно так же подчинены корпускулярно-волновой теории — одновременно являются и частицами, и волной. Новый метаматериал использует волновые свойства фононов, чтобы повлиять на скорость их распространения в материале.

Структурно новый метаматериал представляет собой лист кремния, на котором выращивают нанокристаллы из нитрида галлия. Затем кремниевую подложку истончают до требуемой толщины. Получается следующее. Когда тепло передаётся от одного края листа до другого, оно передаётся также посредством наностолбцов. В столбиках возникают стоячие волны с периодом, значение которого диктует их форма — узкий столбец. Эти волны намного-намного короче волны фононов, которая свободно распространяется в кремнии. Оказалось, что стоячие волны в наностолбцах резонируют с волнами фононов в кремнии, заставляя фононы в кремнии подстраивать свою длину волны под «запертую».

 Источник изображения: NIST

Источник изображения: NIST

В результате эксперимента, о котором рассказано в журнале Advanced Materials, учёные смогли уменьшить теплопроводность кремния на 21 % без ухудшения его электропроводности. Физики надеются, что вскоре смогут представить решение с высокой скоростью преобразования тепла в электричество, что откроет путь к новым термоэлектрическим приборам или позволит создать более эффективные радиаторы для электроники.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Новая космическая обсерватория SPHEREx прислала первые снимки — их качество удовлетворило NASA 23 мин.
Samsung представила планшеты Galaxy Tab S10 FE и Galaxy Tab S10 FE+ со стилусом и ИИ-функциями — от €580 41 мин.
Доля процессоров и видеокарт AMD резко подскочила в статистике Steam, а Windows 11 снова стала самой популярной ОС 55 мин.
NASA испытало силовые щиты для спасения людей и техники от вездесущей пыли на Луне 2 ч.
9000 домов в Великобритании подключат к отоплению от ЦОД 2 ч.
Представлен колёсный робот FlashBot Arm с руками для офисов, больниц, магазинов и отелей 3 ч.
Сверхтонкий смартфон Samsung Galaxy S25 Edge выйдет позже, чем ожидалось 3 ч.
TSMC начала оснащать свою крупнейшую фабрику по упаковке чипов — это снизит дефицит ИИ-чипов Nvidia 3 ч.
Asus выпустила геймерский QD-OLED-монитор XG27UCDMG, который «видит» пользователя — это помогает бороться с выгоранием 3 ч.
Китай продвинулся к промышленной добыче урана из морской воды 3 ч.