Наноразмерные столбики улучшают преобразование высокой температуры в электричество

Ученые из Колорадского университета в Болдере обнаружили творческий подход, который позволяет радикально усовершенствовать термоэлектрические материалы.

Данное открытие однажды может привести к разработке более совершенных солнечных панелей, более энергоэффективного охлаждающего оборудования, и даже к созданию новых устройств, способных превратить значительный объем высокой температуры, который впустую расходуется на электростанциях, в дополнительное электричество.

Технология — создание множества крошечных столбиков на вершине листа термоэлектрического материала — представляет совершенно новый способ решения столетней проблемы, отметил доцент Махмуд Хуссейн.

Термоэлектрический эффект, впервые открытый в 1800-х годах, описывает способность производства электричества вследствие разницы температур между двумя сторонами материала. Напротив, применение электрического напряжения к термоэлектрическому материалу может заставить одну сторону такого материала нагреваться, а другую — охлаждаться.

Устройства, включающие термоэлектрические материалы, используются как для генерации электричества из источника высокой температуры, такого, как солнце, так и для охлаждения точных инструментов за счет потребления электричества.

Однако широкому использованию термоэлектриков помешала фундаментальная проблема, которая заставила ученых работать над ней десятилетиями. Материалы, которые проводят электричество, в той же мере проводят и тепло. Это значит, что разница температур, которая формирует электрический потенциал, начинает рассеиваться, ослабляя генерируемый ток.

До 1990-х годов ученые решение проблемы видели в материалах со свойствами, которые лучше проводят электричество, нежели тепло.

«Еще порядка 20 лет назад особое внимание уделялось химическому составу материалов», сообщил Хуссейн. „Затем на сцене появились нанотехнологии, что позволило ученым создавать материалы с желательными свойствами“.

С помощью нанотехнологий физики-материаловеды начали создавать барьеры в термоэлектриках, такие как дыры или частицы, которые препятствовали току тепла, но не мешали электрическому току. И все же даже оптимальный проект приводил к замедлению потока электронов.

В новом исследовании, опубликованном в издании Physical Review Letters, Хуссейн и докторант Брюс Дэвис показали, что нанотехнология может использоваться совершенно иным способом, чтобы замедлить поток тепла без влияния на движение электронов.

Новая концепция включает построение множества наностолбиков на листе термоэлектрика, такого как кремний, например, и формирование в итоге того, что авторы называют нанофононным метаматериалом. Тепло через материал проходит в виде серии колебаний, известных как фононы. Атомы, из которых состоят наностолбики, также вибрируют во множестве частот. Дэвис и Хуссейн использовали компьютерную симуляцию, чтобы показать, что колебания столбиков будут взаимодействовать с колебаниями фононов, замедляя поток тепла. Эти же колебания никак не затронут электрический ток.

Ученые предполагают, что наностолбики способны уменьшить поток тепла через материал на 50%, при этом сокращение фактически может быть значительно более ощутимым, поскольку вычисления производились весьма осторожные, отметил Хуссейн.

«Если мы можем существенно улучшить термоэлектрическое преобразование энергии, технология получит широкое практическое применение», заявил исследователь. Например, она сможет использоваться для сбора тепла, испускаемого разными типами оборудования, от ноутбуков до автомобилей и электростанций, и преобразования этого тепла в электричество. Также термоэлектрики смогут усовершенствовать солнечные панели и охлаждающие устройства.

Следующим шагом ученых будут лабораторные испытания наностолбиков. «Пока для лабораторной демонстрации несколько рано, но до этого остаются считанные мгновения», заверил Хуссейн.

21.02.2014




Нано



Ученые придумали, как усилить свойства композитовУченые придумали, как усилить свойства композитов

Материаловеды из политехнического институ...

Носимую электронику больше не будут клеить на тканьНосимую электронику больше не будут клеить на тка...

Стремление создать доступную, прочную и м...

Поляризованный свет необычно влияет на золотые наночастицыПоляризованный свет необычно влияет на золотые на...

Ученые из университета Райса в ходе ...

Светящиеся растения из Аватара появятся на ЗемлеСветящиеся растения из Аватара появятся на Земле

Все помнят эти удивительные люминесцентны...

Создан нанолазер, который меняет цвет как хамелеонСоздан нанолазер, который меняет цвет как хамелео

Новинка позволит продвинуться в области г...

Разработана искусственная кожа на основе графенаРазработана искусственная кожа на основе графена

Исследователям из Университета Глазго уда...

Печатные электронные устройства сделают вечнымиПечатные электронные устройства сделают вечными

Группа инженеров из Калифорнийского униве...

Графен поможет выращивать уникальные двумерные полупроводникиГрафен поможет выращивать уникальные двумерные по...

Новый метод производства позволит получать дву

Молекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ультразвукМолекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ул...

Во всем мире ультразвуковая визуализация приме...

Эффективность не измеряется измерениямиЭффективность не измеряется измерениями

В это сложно поверить, но не вс...

Самосборку нанокристаллов можно увидеть вживуюСамосборку нанокристаллов можно увидеть вживую

Превращение простых коллоидных частиц &md...

Самое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с волнойСамое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с...

Физики из Калифорнийского университета в&...

Создан очень гибкий и эластичный материал из нанотрубокСоздан очень гибкий и эластичный материал из нано...

Китайские ученые создали инновационный материа...

Покрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и молнийПокрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и...

Тонкое покрытие, состоящее из нанолент гр...

Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктурТеплопроводностью можно управлять с помощью нанос...

Теплопроводность — знакомое каждому...

Белый графен поможет раскрыть потенциал черного графенаБелый графен поможет раскрыть потенциал черного г...

Изготовление идеального монослоя так назы...

Создана наносубмарина с ультрафиолетовым приводомСоздана наносубмарина с ультрафиолетовым приводом

Наносубмарины хотя и не совсем готов...

Для повышения предела чувствительности спектроскопии ученые смяли наночастицыДля повышения предела чувствительности спектроско...

Увеличив площадь поверхности графен-золотых на...

Казанские ученые представили нанокомпозит исключительно для наружного примененияКазанские ученые представили нанокомпозит исключи...

Публикация исследователей из Казани и&nbs...

Генераторы углеродных нанотрубок давно среди насГенераторы углеродных нанотрубок давно среди нас

Ученые предположили, что, возможно, автомобили...

Доказана возможность использования наноколец в солнечных батареяхДоказана возможность использования наноколец в со...

Когда Рамеш Джасти начал изготавливать крошечн...

Созданы моторчики, которые заводятся от обычного светаСозданы моторчики, которые заводятся от обычного ...

Удивительно, но это факт: чтобы акти...

Совершен прорыв в области левитирования нанообъектовСовершен прорыв в области левитирования нанообъек...

Исследователи из Рочестера впервые добили

Открыт синтез нового наноматериалаОткрыт синтез нового наноматериала

Сотрудники технического университета Луизианы ...

Как наноцентр помогает ученым улучшать мирКак наноцентр помогает ученым улучшать мир

Вот уже год Центр нанотехнологий Рес...

Ученые намерены масштабировать производство диэлектриков для хранения энергииУченые намерены масштабировать производство диэле...

Простые в изготовлении, дешевые, легкие, ...

Покрытые графеном конденсоры увеличивают эффективность электростанцийПокрытые графеном конденсоры увеличивают эффектив...

Большинство электростанций в мире, работа...

Впервые точно измерены взаимодействия атомов и углеродных поверхностейВпервые точно измерены взаимодействия атомов и уг...

Физики из университета Вашингтона провели...

Материалы со сменой фазы подразумевают обширный спектр примененияМатериалы со сменой фазы подразумевают обширный с...

Ученые из Брукхэйвенской национальной лаб...

Поиск на сайте

Магазин

  
Kingston SSDNow V300 60GB (SV300S37A/60G)3190.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Спасти Тасманского ДьяволаСпасти Тасманского Дьявола
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на

Новости компаний, релизы

Лечение сутулости – как найти эффективное решениеЛечение сутулости – как найти эффективное решение
Основные ошибки при выборе кредитной картыОсновные ошибки при выборе кредитной карты
Ходунки для пожилых людейХодунки для пожилых людей
Аллергическая проба - первый шаг к лечению аллергииАллергическая проба - первый шаг к лечению аллергии
Пользуемся услугами автострахования онлайнПользуемся услугами автострахования онлайн