纳米柱可以从根本上改善热能转化为电能

    |     2014年2月21日   |   生活杂谈   |     0 条评论   |    1766

博尔德科罗拉多大学的科学家们已经发现从根本上提高热电材料的一种创新途径,这一发现可能有一天会导致改进太阳能电池的发展,更节能的制冷设备,甚至创造新的设备,可能会浪费大量的热发电厂更多电力。

热电效应,首次发现于1800年代,是指能够产生电流从一方之间的温差和其他材料。 相反,热电材料上施加一个电压会导致材料加热的一边,而另一保持凉爽,或者,或者,冷却,另一侧保持热。将热电材料已经用在两个方面:从热源发电,如太阳,例如,或精密仪器降温消耗电能。

然而,阻碍了热电材料的广泛使用的一个基本问题,几十年来科学家们一直忙于。 材料允许电流经他们也允许热流过。 这意味着在同一时间温差创建一个电势,温差本身开始消散,削弱当前创建它。直到1990年代,科学家们解决这个问题通过寻找材料固有属性,允许电力流比热量更容易。“直到20年前,人们看着材料化学的,”侯赛因说。 ”然后纳米技术出现并允许研究人员工程师的材料属性,他们想要的。”利用纳米技术、材料物理学家开始创建壁垒热电今天洞或particles-that阻碍热流的超过电力流动。 但即使在最好的情况下,流动electrons-which携带电动energy-also放缓。

在一项新的研究发表在杂志上 物理评论快报 侯赛因和博士生布鲁斯·戴维斯证明纳米技术可以用在一个完全不同的方式来减缓传热而不影响电子的运动。新概念涉及建立一个数组的纳米柱上一张热电材料,如硅,形成作者称之为“nanophononic材料。 “热是通过材料的系列振动,称为声子。 原子组成的微型柱也以各种各样的振动频率。 戴维斯和侯赛因利用一个计算机模型表明,柱的振动与振动声子的相互作用,降低热量的流动。 柱振动预计不会影响电流。团队估计,他们的纳米柱可以减少热流通过材料了一半,但可以显著减少更强,因为计算是非常保守,侯赛因说。“如果我们能显著提高热电能量转换,会有各种各样的重要实际应用,”侯赛因说。 这些包括再现废热排放的不同类型笔记本电脑到汽车电厂将热能转化为电能。 更好的热电技术也可以大大提高太阳能电池板的效率和制冷设备。

下一步是物理系的侯赛因与同事合作和其他机构制作的柱子,这样的想法可以在实验室中进行测试。“这仍是早在实验室演示的阶段,但剩下的步骤是触手可及。”侯赛因还希望进一步细化模型用于获得额外的洞察底层物理。 “团队积极性高博士学生正在与我夜以继日地在这个项目上,”他说。这项研究是由美国国家科学基金会资助的。

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