Ученые Национального исследовательского технологического университета МИСИС в Москве разработали прочный и недорогой термоэлектрический материал, способный превращать тепло в электричество. Он может стать важным компонентом для повышения КПД двигателей, систем охлаждения и утилизации тепла в промышленности.
Такой тип материалов называется термоэлектриками. Они применяются в энергетике, электронике, автомобильной и аэрокосмической промышленности, то есть там, где разница температур позволяет преобразовывать избыточное тепло в энергию. Обычно термоэлектрики производят из редких и дорогостоящих химических элементов с использованием сложных и затратных технологий. Кроме того, такие материалы часто оказываются хрупкими и недолговечными, что ограничивает их применение в реальных условиях. Московские исследователи нашли способ упростить производство материала и повысить его надежность, использовав синтетический скуттерудит и оксид цинка.
Скуттерудит — редкий природный минерал, поэтому в промышленности чаще применяют его лабораторный аналог. Он доступнее, дешевле и отличается более высокой чистотой. Обычно его синтезируют из индия, кобальта и сурьмы, однако процесс сложен и требует много времени, из-за чего такие материалы чаще остаются в стенах лабораторий, нежели добираются до реального производства. Исследователи из МИСИС решили эту проблему: они расплавили смесь металлов с помощью индукционного нагрева, затем измельчили ее и спекли вместе с оксидом цинка.
Добавление оксида цинка немного снизило эффективность преобразования тепла в электричество, но повысило прочность материала на 18%. По расчетам исследователей, такая механическая устойчивость компенсирует небольшое снижение энергетического КПД.
По результатам экспериментов ученые пришли к выводу, что новый материал может быть использован в различных отраслях — от транспорта до тяжелой промышленности, позволяя преобразовывать ранее теряемое тепло в полезную электроэнергию.
