Фізики з Каліфорнійського технологічного інституту і Шанхайського інституту кераміки отримали термоелектричний матеріал з рекордно високими характеристиками.

Для створення генератора, що перетворює теплову енергію в електричну, необхідні (див. рис. Нижче) термоелектричні напівпровідники n-і p-типу. Генератори на базі телуриду свинцю PbTe з'явилися досить давно – в шістдесятих роках минулого століття – і встановлювалися, приміром, на космічних апаратах, де тепло надавали розпадаються радіоізотопи. Термоелектричні системи могли б широко застосовуватися і на Землі, але спочатку потрібно підвищити їх ефективність.

Схема термоелектричного генератора (ілюстрація Jeffrey Snyder і Eric S Toberer, Nature Materials).

Добротний термоелектричний матеріал повинен добре проводити електрику, але мати погану теплопровідність. Для того щоб формалізувати ці вимоги, інженери ввели параметр Z, рівний S2 • σ / k (на практиці, втім, частіше використовують безрозмірну величину ZT, твір Z на робочу температуру). Тут S – коефіцієнт термоЕРС, σ – питома електропровідність, а k – питома теплопровідність.

Одним зі способів збільшення ZT вважається наноструктурованих – введення нанорозмірних елементів в структуру матеріалу, що знижує його теплопровідність. На початку цього року ми розповідали про матеріал, який був отриманий включенням нанокристалів телуриду стронцію в матрицю з PbTe, леговану теллурідов натрію, і демонстрував величину ZT = 1,7 при 815 К.

Автори нової роботи діяли по-іншому і прагнули збільшити електропровідність, зберігши теплопровідність на колишньому рівні. З цією метою вони замінили в телуриду свинцю близько 20 відсотків атомів телуру на атоми селену, домігшись того, що параметр ZT виріс до 1,8 при 850 К. «Я, звичайно, міг щось пропустити, але ця величина видається мені найбільш значною з обговорюваних фахівцями в останні п'ять років », – говорить керівник групи Джеффрі Снайдер (Jeffrey Snyder).

Якщо вчені хочуть побудувати на основі такого матеріалу термоелектричний генератор, необхідно підібрати відповідний напівпровідник n-типу (створені зразки PbTe1 – хSeх відносяться до р-типу). Крім того, необхідно усунути проблему різкого зниження ZT зі зменшенням температури: очевидно, що знайти застосування генератору, ефективно працює тільки при 850 К, буде складно. За словами пана Снайдера, саме ці два завдання фізики і намагаються вирішити.

За матеріалами: Physicsworld.Com

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?