Исследователи из Северо-Западного университета поместили нанокристаллы каменной соли в химическое соединение теллурид, создав материал который способен производить электричество, потребляя тепло из таких источников как выхлопных газов автомобиля, промышленных процессов и оборудования, а также солнечный свет эффективней, чем это было в прошлом.
Данный материал демонстрирует термоэлектрическую эффективность, которая позволит конвертировать 14 процентов тепловых потерь в электричество. Химики, физики и материаловеды из Северо-Западного объединили свои усилия для создания этого материала. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
«Уже на протяжении столетия было известно, что полупроводники обладают этим свойством, которое позволяет создавать электричество», — соворит Меркори Канатзидис. «Чтобы сделать этот процесс эффективным, необходимо правильно подобрать материалы, и мы обнаружили рецепт или систему, которая позволяет создать такой материал».
Канатзидис, соавтор исследования, совместно со своей командой, рассеяли нанокристаллы каменной соли в материале под названием теллурид свинца (PbTe). Предыдущие попытки, на ниве добавления в наномасштабе сыпучего материала давали улучшение эффективности преобразования энергии теллуридом свинца, но это также увеличило рассредоточение электронов, что ухудшало общую проводимость. В этом исследовании, команда Северо-Западного впервые продемонстрировала пример использования наноструктур в теллуриде свинца для уменьшения рассеянности электронов и увеличения эффективности преобразования энергии этого материала.
«Мы можем поместить этот материал внутрь недорогого устройства с несколькими электронными проводами и присоединить его к чему-то вроде лампы накаливания», — сказал соавтор статьи Винаяк Дравид, профессор материаловедения и машиностроения из Школы машиностроения и прикладных наук имени МакКормика. «Данное устройство может сделать лампу накаливания более эффективной, забирая избыточное тепло, которое она генерирует, и преобразовывая его часть, от 10 до 15 процентов, в более полезный вид энергии, такой как электричество».
Автомобильная и химическая промышленность, а также любое производство, на котором используют тепло для создания товаров, например стекольное или кирпичное предприятие, может увеличить эффективность, с помощью данного научного прорыва, как рассказал Канатзидис, который работает также еще и в Аргонской Национальной Лаборатории.
«Энергетический кризис и состояние окружающей среды — две главных причины, по которым это открытие имеет большое значение, но это может быть всего лишь началом», — сказал Дравид. «Данные типы структур могут получить другие применения в научном сообществе, о которых мы не могли и подумать, например, в области улучшения механических свойств и прочности. Надеюсь, это оценят и будут использовать».