Сетевое издание ENERGOSMI (ЭНЕРГОСМИ). Номер свидетельства СМИ ЭЛ № ФС 77 — 63300.

Сегодня выработка электроэнергии сопровождается выбросом огромного количества тепла в окружающее пространство. Заманчиво обернуть эти потери себе на пользу, но современные технологии предлагают решения с очень низкой эффективностью — всего лишь единицы процентов. В США ученые создали метаматериал, который сулит значительное повышение эффективности такого преобразования.

Термоэлектрический эффект — появление разности потенциалов на концах двух последовательно соединенных разнородных проводников при условии наличия разницы в температуре между обоими — двести лет назад открыл физик Томас Зеебек (Thomas Seebeck). Эффект назван его именем. Для эффективного преобразования тепла в электричество требуется, чтобы материал хорошо проводил электроны и плохо проводил тепло. Тогда на его концах будет большая разница температур и, как результат, высокий КПД. К сожалению, в природе такие материалы не встречаются. Если материал хорошо проводит ток, то он ровно так же хорошо будет проводить тепло, и наоборот.

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали метаматериал, который хорошо проводит электроны и плохо проводит тепло. Следует сказать, что тепло в телах с твердой кристаллической решеткой передают квазичастицы фононы. И пусть они не настоящие частицы, но они точно так же подчинены корпускулярно-волновой теории — одновременно являются и частицами, и волной. Новый метаматериал использует волновые свойства фононов, чтобы повлиять на скорость их распространения в материале.

Структурно новый метаматериал представляет собой лист кремния, на котором выращивают нанокристаллы из нитрида галлия. Затем кремниевую подложку истончают до требуемой толщины. Получается следующее. Когда тепло передается от одного края листа до другого, оно передается также посредством наностолбцов. В столбиках возникают стоячие волны с периодом, значение которого диктует их форма — узкий столбец. Эти волны намного-намного короче волны фононов, которая свободно распространяется в кремнии. Оказалось, что стоячие волны в наностолбцах резонируют с волнами фононов в кремнии, заставляя фононы в кремнии подстраивать свою длину волны под «запертую».

В результате эксперимента, о котором рассказано в журнале Advanced Materials, ученые смогли уменьшить теплопроводность кремния на 21 % без ухудшения его электропроводности. Физики надеются, что вскоре смогут представить решение с высокой скоростью преобразования тепла в электричество, что откроет путь к новым термоэлектрическим приборам или позволит создать более эффективные радиаторы для электроники.

Читайте Insider

Журнал о кабельном бизнесе

Слушайте Kabel.FM

Первое кабельное радио!

Рекомендации по теме

Новый выпуск облигаций компании «Электрорешения»
Облачные IIoT-решения для промышленной автоматизации от бренда EKF представлены на ведущих отраслевых выставках России
Росатом обозначил пути развития направления сверхпроводящих материалов
Инновационная антенна для Арктики: новая технология укрепляет связь на Северном морском пути
Руководители компании «Электрорешения» (бренд EKF) вошли в рейтинг «Топ-1000 российских менеджеров 2025»
Крымский энергетический проект под прицелом: выявлены миллионы и задержки
Взгляд в будущее: масштабная замена кабельных линий на Нижнекамской ГЭС
Локализовывать надо все. И генерацию тоже. Децентрализация в энергосистеме будет новой нормой
Китайская компания готовит новый доступный электрокроссовер