Версия для слабовидящих
Фракталы увеличили эффективность превращения тепла в электричество Печать Email
Новости об инновациях
28.10.2015

Физики из Университета Пердью впервые проанализировали супердиффузию Леви в реальном эксперименте по переносу тепла в полупроводниках. Исследование показало, что внесение наночастиц арсенида эрбия в структуру исходного материала может уменьшить его теплопроводность и увеличить термоэлектрическую эффективность в два раза. Подробно о результатах исследования будет доложено на декабрьском семинаре Materials Research Society, работа опубликована в журнале NanoLetters.

Супердиффузия Леви представляет собой один из механизмов диффузии — проникновения одного вещества в другое. Обычная диффузия предполагает броуновское движение, в котором можно ввести длину свободного пробега — среднее расстояние, преодолеваемое одной частицей до столкновения с другими. В движении Леви же возможны так называемые «полеты Леви», создающие разрывы в траектории частиц. Обычно они ассоциируются с некими пустотами, существующими в одном из веществ на всех масштабах размеров — иначе говоря, супердиффузия Леви может происходить в фрактальных (самоподобных) средах.

Микрофотография исследованного материала. Изображение: Amr M.S. Mohammed et al. / Nano Lett., 2015

Авторы работы проводили анализ теплопереноса в полупроводнике InGaAlAs — смешанном арсениде индия, галлия и алюминия, — в который были включены наночастицы арсенида эрбия. В роли переносчиков тепла в нем выступают фононы, квазичастицы, представляющие собой колебания в кристаллической решетке. 

Физикам удалось установить, что с увеличением концентрации наночастиц в образце уменьшается теплопроводность — вплоть до трех раз. При этом оказывается сильно подавлен обычный режим диффузии. В результате термоэлектрическая эффективность возросла в два раза. 

c6e2895f4b4f3497f4d0b5b9d4acba0f.jpgТипичные траектории диффузии (сверху) и супердиффузии (снизу). Разрывы в траекториях — полеты Леви. Изображение: В.В. Учайкин, «Эта странная кинетика» / РФФИ

Термоэлектриками называются материалы, способные преобразовывать тепло в электричество. Ключевым параметром для термоэлектриков является коэффициент эффективности, зависящий прямо пропорционально от электропроводности, температуры и коэффициента Зеебека, но обратно пропорционально от теплопроводности материала. Для увеличения эффективности ученые, как правило, пытаются уменьшить теплопроводность делая материал стеклоподобным (неупорядоченным) для фононов. 

Большинство современных генераторов и двигателей (например, автомобильные двигатели) обладают коэффициентом полезного действия менее 50 процентов. Остальная энергия, помимо полезной работы, рассеивается, как правило, в виде тепла. Его можно собирать с помощью термоэлектриков и напрямую превращать в электричество.

Автор: Владимир Королёв

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/fraktaly-uvelichili-effektivnost-prevrashcheniya-tepla-v-elektrichestvo

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта