Метод поиска экзотических материалов для автомобилей

Метод поиска экзотических материалов для автомобилей

Даже максимально экономичные автомобили теряют около 60% полной энергии сгорания бензина за счет нагрева радиаторных и выхлопных труб. Исключить такое неприятное явление возможно, если только синтезировать новые термоэлектрические материалы, способные преобразовывать тепло в энергию. Эта полупроводниковая материя должна обеспечить рециркуляцию энергии транспортного средства и тем самым способствовать повышению эффективности использования топлива примерно на 5%.

Разработка термо-энергетических образцов

Основная проблема для автогигантов: существующие ныне термо-энергетические образцы являются крайне дорогостоящими и «долгоиграющими» в плане утилизации отработанного тепла.

Так, на изготовление современных вариантов в сочетании с гафнием и цирконием (часто используются в ядерных реакторах), потребовалось 15 лет от момента синтеза и до момента достижения оптимальных показателей.

И вот, наконец, исследователи SEAS разработали компьютерный алгоритм, благодаря которому становится возможным обнаружение и оптимизация экзотических материалов всего за несколько месяцев.

Технология опирается на решение квантово-механических уравнений, исключающих любые экспериментальные данные.

Термоэлектрическая экзотика очень сложна. Полупроводниковые экзотические материалы должны обладать выраженными специфическими свойствами для эффективной отдачи, включая:

  • высокую степень электропроводности,
  • хорошие показатели термостойкости,
  • низкий коэффициент  теплопроводности.

За счёт этих свойств, практически вся выделенная теплота преобразуется в полезную энергию. Цель учёных заключалась в подборе нового экзотического материала, удовлетворяющего важным свойствам термоэлектрического преобразования. Также приоритетом были свойства стабильности и дешевизна.

Чтобы подобрать такую экзотику, команда исследователей разработала компьютерный алгоритм, предсказывающий электронные свойства транспортного материала, основанного исключительно на химических кристаллах.

Ключевой стояла задача упростить подход к вычислениям электрон-фононного рассеяния с ускорением вычисления в десятки тысяч раз, относительно других существующих компьютерных алгоритмов.

Получение эффективного алгоритма изысканий

И вот теперь, посредством улучшенного алгоритма были проверены масса возможных кристаллических структур, включая структуры, ранее не синтезированные. Полученный список экзотических материалов сократили до нескольких единиц интересных вариантов.

Выбранные варианты подверглись исследователями полной вычислительной оптимизации. После чего самые лучшие экземпляры отправили для проведения экспериментов. Обо всём этом, включая результаты компьютерных вычислений, есть статья в журнале «Advanced Energy Materials».

На стадии первых экспериментов специалисты синтезировали лучшие экзотические материалы для автомобилей, предложенные расчетами. В итоге создали экземпляр, эффективный и стабильный,.

Однако продукт оказался примерно на порядок дешевле других, ранее синтезированных термоэлектрических аналогов. Общее время доведения прототипа до полной кондиции составило 15 месяцев.

Таким образом, новая технология сократила срок производства экзотических материалов от 15 лет до 15 месяцев. Теперь создатели планируют использовать метод для изучения транспорта в более обширном материально-техническом плане. Новая цель — создание уникальных топологических изоляторов.


На основе материалов:  Applied Sciences


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *