Создана плёнка для термоэлектрической генерации энергии

Создана плёнка для термоэлектрической генерации энергии

Исследовательской группе университета Осаки удалось разработать методологию повышения коэффициента термоэлектрической мощности при уменьшении теплопроводности. Учёными использовался метод ввода нанопроволоки ZnO в структуру плёнки ZnO, после чего коэффициент термоэлектрической мощности увеличился в 3 раза. Для разработки высокоэффективных термоэлектрических материалов часто использовались дорогостоящие и токсичные тяжелые элементы. Между тем, высокая стоимость и токсичность ограничивают социальное использование таких термоэлектрических материалов.

Создание наноструктурированной плёнки

Специалисты университета Осаки разработали новые наноструктурированные плёнки на основе недорогих, экологически чистых компонентов оксида цинка (ZnO). Новые плёнки демонстрируют коэффициент термоэлектрической мощности, увеличивающийся за счет избирательной передачи энергетических электронов через нанопроволочные интерфейсы.

Такие интерфейсы наделены преднамеренно контролируемыми энергетическими барьерами, благодаря чему теплопроводность уменьшается за счёт рассеивания фононов на интерфейсах нанопроволок.

Ожидается, что это успешное достижение приведёт к реализации высокоэффективных прозрачных термоэлектронных устройств. Подобного рода устройства позволят извлекать энергию, в частности из прозрачных объектов, привычных для людей. Явный пример — оконное стекло, которое легко превратить в прозрачный объект с электронными свойствами.

Процесс преобразования тепла в электричество — как новый источник энергии, видится крайне интересной технологией. Оконное стекло с различной внутренней и наружной температурой может выступать источником тепла.

В свою очередь термоэлектронную генерацию допустимо получить за счёт инновационных прозрачных термоэлектрических материалов с высокими термическими/электрическими характеристиками.

Для получения высоких термоэлектронных характеристик требуется:

  • высокий коэффициент Зеебека,
  • высокая электропроводность,
  • низкая теплопроводность.

Эти три главных параметра взаимосвязаны, что приводит к трудностям в плане повышения производительности.

До появления новых наноструктурированных плёнок, дорогостоящие и токсичные тяжелые элементы с низкой теплопроводностью часто использовались под разработку высокоэффективных термоэлектронных материалов. Этим ограничивались возможности использования термически-электрической генерации.

С другой стороны, недорогие, экологически чистые материалы на основе светового элемента демонстрируют низкие термоэлектрические характеристики по причине высокой теплопроводности в целом.

Плёнка с поверхностным управлением

Инженеры университета Осаки впервые в мире разработали недорогие и экологически чистые пленки ZnO, в том числе нанопроволоки оксида цинка с поверхностным управлением (Embedded-ZnO). Предполагается, что в качестве прозрачного термоэлектронного материала будет использоваться  наноструктурная плёнка оксида цинка с высоким оптическим коэффициентом пропускания видимого диапазона.

Плёночная структура по высоте энергетического барьера электрона контролируется путём модуляции концентрации легирующей примеси на границе нанопровода. Этим фактором достигается увеличение коэффициент Зеебека за счет избирательной передачи электронов высоких энергий и рассеяния электронов с низкой энергией.


На основе информации: Osaka-U


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *