Теперь, новое исследование показывает, как пористые вещества могут действовать как термоэлектрические материалы – указывание пути для разработки использование таких материалов в термоэлектрических устройствах будущего.Приблизительно 70 процентов всей энергии, произведенной в мире, потрачены впустую как тепло, сказал Димитрис Нярчос из Национального Центра Научного исследования Демокрит в Афинах, Греция. Он и Роланд Тарханян, также Демокрита NCSR, издали их анализ в Материалах языка АПЛ журнала от AIP Publishing.Создать технологию должно было захватить это тепло, исследователи во всем мире пытались спроектировать более эффективные термоэлектрические материалы.
Один многообещающий материал – тот, который это заполнено крошечными отверстиями, которые располагаются в размере от приблизительно микрона (10-6 метров) к приблизительно миллимикрону (10-9 метров). «Пористая термоэлектрика может играть значительную роль в улучшающейся термоэлектрике как жизнеспособная альтернатива для сбора урожая потраченного впустую тепла», сказал Ниарчос.Тепло едет через материал через фононы, квантовавшие единицы вибрации, которые действуют как несущие тепло частицы. Когда фонон сталкивается с отверстием, он рассеивает и теряет энергию. Фононы таким образом не могут пронести тепло через пористый материал как эффективно, дав материалу низкую теплопроводность, которая, оказывается, увеличивает эффективность преобразования тепла к электричеству.
Чем более пористый материал, тем ниже теплопроводность, и лучше это как термоэлектрический материал.До сих пор, однако, исследователи должны все же систематически моделировать, как пористые материалы поддерживают низкую теплопроводность, сказал Ниарчос.
Таким образом, он и Tarkhanyan изучили тепловые свойства четырех простых образцовых структур микронано пористых материалов. Этот анализ, Ниарчос говорит, обеспечивает грубый проект того, как проектировать такие материалы для термоэлектрических устройств.
В целом, исследователи нашли это, чем меньший поры и ближе они упакованы вместе, тем ниже теплопроводность. Их вычисления соответствуют данным из других экспериментов хорошо, сказал Ниарчос. Они также показывают, что в принципе микронано пористые материалы могут быть несколько раз лучше в преобразовании тепла к электричеству, чем если бы у материала не было пор.
Первая модель описывает материал, заполненный отверстиями случайных размеров, в пределах от микронов к миллимикронам в диаметре. Второе один с многократными слоями, в которых каждый слой содержит поры различных весов размера, который дает ему различную пористость. Третьим является материал, это состоит из трехмерной кубической решетки идентичных отверстий. Четвертой является другая многослойная система.
Но в этом случае, каждый слой содержит кубическую решетку идентичных отверстий. Размер отверстий отличается в каждом слое.Согласно анализу, у первых и четвертых моделей есть более низкие тепловые проводимости, чем второе.
Третья модель, кажется, лучшая, поскольку у этого также есть более низкая теплопроводность, чем четвертая модель.За исключением первой модели, однако, все модели не практичны, потому что они представляют идеализированные ситуации с прекрасным расположением пор, сказал Ниарчос. Также практически невозможно создать точно поры равного размера. Первая модель является таким образом самой реалистичной.
Однако, он сказал, все отличные модели демонстрируют важность пористости в термоэлектрических материалах. Построенный простые и общие аналитические формулы, модели допускают очень быстрое и точное вычисление эффективной теплопроводности решетки пористого материала и систематический анализ таких материалов.