Применение нанонитей (nanowires) способно резко увеличить эффективность
превращения тепла в электроэнергию, утверждают ученые из США. Сразу два
коллектива исследователей из Калифорнийского технологического
университета и Университета Беркли сообщили на днях об увеличении
способности кремния к производству электрической энергии практически в
100 раз. Полученные результаты могут привести к разработке, например,
зарядных устройств для мобильных телефонов, использующих тепло
человеческого тела.
В основе получения электроэнергии из тепловой лежит явление
термоэлектрической конверсии. Тепловая энергия, перетекая от горячей
области к холодной, способна порождать электрический ток, который
впоследствии может быть либо использован для текущих целей, либо
сохранен в аккумуляторе для грядущих нужд. Кристаллический кремний,
традиционно рассматривается как материал с низкой способностью к
конверсии по причине его высокой теплопроводности – тепло
распространяется в материале настолько быстро, что практически
невозможно создать достаточный дифференциал между теплой и холодной
областями.
Эффективность термоэлектрической конверсии измеряется коэффициентом
добротности (ZT), равным для кристаллического кремния при комнатной
температуре 0,01. Исследователи из Университета Беркли увеличили этот
показатель до 0,4, специалисты из Калифорнийского технологического
университета – до 0,6. Увеличение термической индуктивности материала
достигалось благодаря использованию кремниевых нанонитей диаметром 10 –
100 нм, с дефектами поверхности. Последние, по мнению ученых, играют
важнейшую роль в повышении термоиндуктивности, поскольку трещины и
неровности материала препятствуют свободному распространению фононов –
квантов колебательных движений кристаллов, ответственных за перенос
энергии.
По мнению ученых, технология будет иметь реальные коммерческие
перспективы только по достижению коэффициента термоэлектрической
добротности порядка 3 – 4 единиц.
|
