Акция
Блог
Процитировать
Печать
Электронная почта
ЗакладкаНаука Каждый День (1 февраля 2010) — Использующий некоторые из самых сильных суперкомпьютеров в мире, ученых в Лоуренсе Беркели, Национальная Лаборатория показала, что несогласованные сплавы - хорошее состязание для будущего развития высокой эффективности термоэлектрические устройства. Thermoelectrics держат огромный потенциал для зеленой выработки энергии из-за их способности преобразовать высокую температуру в электричество.
- Энергетическая технология
- Электричество
- Наука Материалов
- Технология
- Электроника
- Термодинамика
- Электропроводность
- Тепловой насос
- Наука материалов
- Электроэнергия
Вычисления, выполненные на "Франклине", Cray XT4 в широком масштабе, параллельны обрабатывающей системе, которой управляет Национальное Исследование Энергии Научный Вычислительный центр (NERSC), показал, что введение кислородных примесей в уникальный класс полупроводников, известных как сплавы, которым чрезвычайно не соответствуют (HMAs), может существенно увеличить термоэлектрическую работу этих материалов без общепринятой деградации в электропроводности.
"Мы предсказываем диапазон недорогих, богатых, нетоксичных материалов, в которых структура группы может быть широко настроена для максимальной термоэлектрической эффективности," говорит Джанкиэо Ву, физик с Подразделением Наук Материалов Лаборатории Беркли и профессор с Отделом Беркли UC Науки Материалов и Разработки, кто привел это исследование.
"Определенно, мы показали, что скрещивание электронных функций волны элементов сплава в HMAs позволяет увеличить thermopower без большого сокращения электропроводности, которая не имеет место для обычных термоэлектрических материалов," говорит он.
Сотрудничеством с Wu на этой работе был Ли Joo-Hyoung и Джеффри Гроссмэн, оба теперь в Массачусетском технологическом институте. Команда опубликовала работу на этих результатах в Физических Письмах Обзора.
Эффект Seebeck и Зеленая Энергия
В 1821, немецко-эстонский физик Томас Йохан Зебек заметил, что температурное различие между двумя концами металлического бара создало электрический поток промежуточный, с напряжением, являющимся непосредственно пропорциональным температурному различию. Это явление стало известным как Зебек термоэлектрический эффект, и это считает большое обещание для завоевания и преобразования в электричество частью обширного количества тепла, теперь потерянного в управляемом турбиной производстве электроэнергии. Для этой потерянной высокой температуры, которая будет исправлена, однако, должна быть значительно улучшена термоэлектрическая эффективность.
"Хорошие термоэлектрические материалы должны иметь высоко thermopower, высокая электропроводность, и низкая теплопроводность," говорит Ву. "Повышение в термоэлектрической работе может быть достигнуто, уменьшая тепловой conductivitythrough nanostructuring. Однако, увеличение работы, увеличиваясь thermopower оказалось трудным, потому что увеличение thermopower типично прибывало за счет уменьшения в электропроводность."
Обойти эту загадку, Wu и его коллег, превращенных к HMAs, необычному новому классу материалов, развитие которых было во главе с другим физиком с Подразделением Наук Материалов Лаборатории Беркли, Wladyslaw Walukiewicz. HMAs сформированы из сплавов, которым чрезвычайно не соответствуют с точки зрения electronegativity, который является измерением их способности привлечь электроны. Частичная замена анионов с чрезвычайно electronegative изоэлектронные ионы позволяет изготовить HMAs, свойства которого могут быть резко изменены с только небольшим количеством допинга. Анионы - отрицательно заряженные атомы, и изоэлектронные ионы - различные элементы, у которых есть идентичные электронные конфигурации.
"В HMAs скрещивание между расширенными государствами компонента большинства и ограниченными государствами компонента меньшинства приводит к сильному реструктурированию группы, приводя к пикам в электронной плотности государств и новых sub групп в оригинальной структуре группы," говорит Ву. "Вследствие расширенных государств, скрещенных в эти sub группы, высокая электропроводность в значительной степени поддержана несмотря на рассеивание сплава."
В их теоретической работе Wu и его коллеги обнаружили, что этот тип электронной разработки структуры может быть очень выгодным для термоэлектричества. Работая с цинковым селенидом полупроводника, они моделировали введение двух разведенных концентраций кислородных атомов (3.125 и 6.25 процентов соответственно), чтобы создать образцовый HMAs. В обоих случаях, кислородные примеси, как показывали, вызвали пики в электронной плотности государств выше минимума группы проводимости. Было также показано, что удельные веса обвинения около плотности государственных пиков были существенно привлечены к чрезвычайно electronegative кислородные атомы.
Wu и его коллеги нашли, что для каждого из сценариев моделирования, вызванные примесью пики в электронной плотности государств привели к "резкому увеличению" и thermopower и электропроводности по сравнению с бескислородным цинковым селенидом. Увеличения были факторами 30 и 180 соответственно.
"Кроме того, этот эффект, как находят, отсутствует, когда примесь electronegativity соответствует хозяину, которым это заменяет," говорит Ву. "Эти результаты предполагают, что чрезвычайно electronegativity-несогласованные сплавы могут быть разработаны для высокой эффективности термоэлектрические заявления."
Wu и его исследовательская группа теперь работают, чтобы фактически синтезировать HMAs для физического тестирования в лаборатории. В дополнение к завоеванию энергии, которая теперь тратится впустую, Ву полагает, что HMA-на-основе thermoelectrics может также использоваться для охлаждения твердого тела, в котором термоэлектрическое устройство используется, чтобы охладить другие устройства или материалы.
"У термоэлектрических холодильников есть преимущества перед обычной технологией охлаждения, в которой они не имеют никаких движущихся частей, нуждаются в небольшом обслуживании, и работе над намного меньшим пространственным масштабом," говорит Ву.
Этот проект был поддержан согласно Лабораторной Программе Целенаправленного исследования и Развития Лаборатории Беркли.
Источник Истории:
Приспособленный от материалов, обеспеченных Беркли DOE/Lawrence Национальная Лаборатория.
Ссылка Журнала:
- Joo-Hyoung Ли, Junqiao Wu, и Джеффри К. Гроссмэн. Усиление Термоэлектрического Фактора Власти с Чрезвычайно Несогласованным Изоэлектронным Допингом. Физические Письма Обзора, PRL 104, 016602 (2010) ДОИ: 10.1103/PhysRevLett.104.016602
Отметьте: Если никакому автору не дают, источник процитирован вместо этого.
увеличить
Обещание Нового Материала Могло Улучшить Газовое
Расстояние 
Новый Материал Может Помочь Автомобилям Превратить Высокую
температуру В Электричество 
Тепло тела На Сотовые телефоны Власти? Nanowires Позволяют Восстановление Ненужной Энергии Высокой температуры 