Щодня ми втрачаємо величезну кількість тепла: гріються автомобільні двигуни, димлять електростанції, пропадає марно сонячне світло. Протягом довгих десятиліть наука не могла придумати, як ефективно вловлювати і застосовувати це тепло, і лише нещодавня хвиля досліджень дозволяє говорити про якусь надію.

Сонячне світло, що досягає Землі, сьогодні успішно перетворюється за допомогою сонячних батарей в електрику, але тепло все одно йде. Джеффрі Гроссман з Массачусетського технологічного інституту (США) і його колеги одержимі ідеєю акумулятора, який зможе зберігати і виділяти тепло сонячних променів на вимогу.

Попередні дослідження показали, що певна форма вуглеводню фульвалена – дірутенія фульвалена (тетракарбонілдірутенія) – має здатність накопичувати сонячне тепло в хімічному вигляді. Під впливом каталізатора дірутеній фульвалена може розігріватися до 200 ˚ C: цього достатньо для запуску двигуна Стірлінга. Але рутеній – рідкісний і дорогий елемент, непридатний для використання в акумуляторних батареях. Тому група пана Гроссмана вирішила дізнатися більше про те, як молекули зберігають і виділяють тепло.

У журналі Angewandte Chemie дослідники повідомляють про наступне відкриття: коли молекули дірутенія фульвалена поглинають сонячне світло, вони переходять у вищий енергетичний стан, в якому можуть залишатися стабільними протягом невизначено довгого часу. При дії каталізатора молекули перемикаються назад в початковий стан, виділяючи тепло. Залишилося за допомогою комп'ютерних моделей підшукати економічну заміну. В один прекрасний день цей матеріал зможе збирати тепло не тільки сонячне, а й, скажімо, автомобільного двигуна.

Група Джеффрі Гроссмана конкурує з Реєм Боманом, співробітником Університету Далласа (США), який разом з колегами розробив «термоклетку» (thermocell) на основі вуглецевих нанотрубок. Пристрій складається з двох електродів: один поміщений поруч із джерелом тепла, а інший – ближче до більш холодного повітря. Електроди пов'язані хімічної сумішшю, в якій тепловий градієнт викликає протікання реакцій, що розганяють електрони в зовнішньому ланцюзі. Про свої успіхи Рей Бома відзвітував у журналі Nano Letters.

Це не єдина спроба використовувати термоелектричні матеріали, які перетворять різницю температур на поверхні в струм. Але на жаль: більшість таких пристроїв заснована на рідкісних, дорогих і нестійких матеріалах начебто телуриду вісмуту, що робить їх непридатними для широкого використання. Тільки зараз вчені під керівництвом Пейдуна Янга з Каліфорнійського університету в Берклі (США) придумали, як можна опертия на більш дешеву альтернативу – кремній.

Їх термоелектричне пристрій виготовлено з тонких кремнієвих мембран, в яких пророблені наноотверстія. Зміна структури уповільнює проходження тепла через матеріал, що полегшує завдання управління тепловими градієнтами через мембрану і дозволяє скористатися так званим ефектом Зеєбека, при якому напруга створюється завдяки градієнту температури.

Цікаво, що цей пристрій здатний працювати і в зворотному напрямку, тобто «висмоктувати» тепло при подачі електрики. Його можна використовувати для охолодження, наприклад, комп'ютерів. Гнучка кремнієва плівка дозволить обернути собою будь-яку поверхню.

За матеріалами: NewScientist