Нанотехнологии вернут отработанное тепло на службу людям

Технология прямого преобразования отработанного тепла в электричества кажется очень перспективной, если учесть нашу нескончаемую борьбу за сокращение использования ископаемого топлива.

Внимание ученых всего мира сосредоточено на термоэлектриках, которые как раз и преобразуют одну энергию в другую.

Из множества потенциальных кандидатов, которые работают в температурном диапазоне от 30 до 630 градусов по Цельсию, лучшими термоэлектрическими свойствами обладает теллурид свинца. К сожалению, выдающиеся свойства материала меркнут в свете природной токсичности свинца, а потому ученые продолжают искать более безопасную альтернативу.

Например, это может быть теллурид олова. Однако он не столь эффективен, как теллурид свинца, и ученые активно исследуют разные возможности улучшения его термоэлектрических свойств. Снижают эффективность теллурида олова две проблемы: высокая теплопроводность и низкий коэффициент Зеебека, который определяет, насколько велико генерируемое термоэлектрическое напряжение в качестве функции температуры.

Ученым удалось улучшить показатели двух компонентов по отдельности, но одновременно для теллура и олова сделать это оказалось намного сложнее.

Результаты опубликованы в издании Chemical Engineering Journal.

Ученые доктор Чжохон Ким и Хён Чжу из университета Чунг-Анга (Южная Корея) разработали эффективную стратегию для решения этой проблемы. Их подход основан на наноструктурировании — производстве материала с нужными структурными свойствами в наномасштабе.

В данном случае ученые изготовили нанолисты теллурида олова. Однако их получение с помощью стандартных процедур — процесс очень сложный, и потому ученые решили разработать инновационную стратегию синтеза.

Они использовали преимущество другого полупроводника — селенида олова. Этот материал имеет слоистую структуру. Для получения нанолистов слои достаточно просто отшелушиваются.

Чтобы предотвратить окисление, нанолисты поместили в раствор винной кислоты, а чистый теллур — в атмосферу, состоящую из азота.

Винная кислота извлекает пары олова-селена из нанолистов, и анионы теллура естественным образом замещают анионы селена в этих парах. Затем пары олова-теллура вновь соединяют с исходным нанолистом немного несовершенным способом, создавая в материале поры и границы зерен. Итогом всего этого процесса становится пористый нанолист теллурида олова.

Исследователи изучили механизмы реакций, благодаря которым удалось получить нанолисты, и решили определить условия синтеза, которые позволили получить оптимальную морфологию в наномасштабе.

— Мы выяснили, что если пористые нанолисты теллурида олова с заменой анионов состоят из 3-нанометровых частиц с дефектной формой, то это приводит к снижению теплопроводности и повышенному коэффициенту Зеебека, если сравнивать с обычным теллуридом олова, заявил Ким.

— Это прямой результат введения наноинтерфейсов, пор и дефектов, которые помогают рассеивать в теллуриде олова рамномерные колебания — фононы, которые нарушают термоэлектрические свойства.

Эффективность самых лучших нанолистов теллурида олова составляет 1,1 при температуре 650 градусов по Цельсию, что почти втирое выше, чем у объемного теллурида олова.

Результаты исследования кажутся весьма многообещающими в сфере высокоэффективных термоэлектриков, которые найдут применение не только в производстве энергии, но и в охлаждении, кондиционировании воздуха, транспорте, и даже в биомедицинских устройствах.

Не менее важно то, что удалось понять благодаря новой стратегии синтеза.

— Нестандартный метод, которые мы использовали для получения пористых нанолистов теллурида олова, может оказаться релевантным для других термоэлектрических полупроводников, а также при изготовлении и исследовании пористых и наноструктурных материалов для других целей, пояснил Ким.

Самое важное: поскольку сбор тепловой энергии — это самое востребованное применение термоэлектриков, данное исследование может помочь повысить эффективность промышленных процессов.

Термоэлектрики позволят нам использовать большие объемы ежедневно вырабатываемого тепла и получать полезную электроэнергию.

Дальнейшие исследования в этой области сделают общество более экологичным.

16.02.2021


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса