• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.10.2021
НИТУ «МИСиС»
1 525

Тяжелые металлы повысили эффективность термоэлектрика

4.4

Международная команда ученых синтезировала новый термоэлектрический сплав на основе железа, ванадия и сурьмы, модифицированный тяжелыми металлами. Такая модификация позволила более чем в два раза увеличить эффективность преобразования тепла в электричество. Разработка может найти применение как в промышленности, так и в системах умного дома.

Сурьма / ©Getty images

Исследование было опубликовано в журнале Journal of Alloys and Compounds. Термоэлектрики – это материалы, сплавы металлов или различные химические соединения, которые способны напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Термоэлектрические материалы могут использоваться, например, в гибридных системах совместно с солнечными батареями, дополнительно преобразуя образовавшееся от нагрева тепло в электроэнергию. Такую схему можно использовать, например, в системе умного дома.

Эффективность таких материалов напрямую зависит от фактора мощности, электро- и теплопроводности. Чем выше фактор мощности и электропроводность, и ниже теплопроводность, тем лучше, эффективнее материал. Однако добиться оптимального баланса достаточно непросто.

В последнее десятилетие наблюдается заметный рост внимания исследовательского сообщества к так называемым половинным сплавам Гейслера. Они представляют собой тройные соединения, состоящие, как правило, из металлов. Благодаря своим электротранспортным свойствам, термической стабильности, а также широкому ряду комбинаций элементов, которые могут быть использованы при их синтезе, такие сплавы показали себя как одни из наиболее перспективных термоэлектрических материалов.

Рост термоэлектрической эффективности образцов в зависимости от температуры / ©НИТУ “МИСиС”

Одними из наиболее перспективных считаются тройные на основе железа, ванадия и сурьмы. Однако они обладают высокой теплопроводностью, что ограничивает их использование в этом качестве. Ученые из НИТУ «МИСиС», Университета Сохаг, Университета имени Короля Сауда и МГУ имени М. В. Ломоносова предложили метод снижения теплопроводности таких сплавов путем тройного легирования матрицы тяжелыми металлами, такими как гафний, титан и ниобий. В ходе исследования опытные сплавы были синтезированы путем плавления с последующим размолом и спеканием. Термоэлектрические свойства полученных образцов затем образцов были исследованы при температурах от 27 до 527 градусов Цельсия.

Зависимость термоэлектрических свойств от температуры / ©НИТУ “МИСиС”

«Исследование показало, что легирование сплавов Гейслера на основе железа и сурьмы гафнием, титаном и ниобием позволяет значительно снизить решеточную теплопроводность сплава при комнатной температуре, вплоть до 80 процентов. При этом удается также добиться увеличения электропроводности и, что самое главное, фактора мощности. Все это позволило увеличить термоэлектрическую эффективность исследуемых сплавов. Так, эффективность преобразования тепла в электричество увеличилась практически в два раза при комнатной температуре.

При более высоких температурах увеличение еще более значимое по сравнению с нелегированным (чистым) сплавом. В целом можно сказать, что сплавы на основе железа, ванадия и сурьмы, легированные тяжелыми металлами имеют широкие перспективы применения для создания стабильных устройств прямого преобразования тепловой энергии в электрическую», – отметил Андрей Новицкий, инженер научно-образовательного Центра «Энергоэффективность» НИТУ «МИСиС».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 10:30
Сергей Васильев

Считается, что неандертальцы жили в коллективах максимум в пару десятков особей. Однако на их стоянках обнаруживают останки исключительно крупных животных, добыть и съесть которых можно только командой, насчитывающей сотни человек.

Позавчера, 10:49
Сергей Васильев

Американский стартап, занятый возвращением к жизни вымерших животных, объявил о начале работы с додо — почти легендарными птицами, которых люди перебили еще несколько веков назад.

Вчера, 13:32
Анна Новиковская

Международная группа астрономов из США и Новой Зеландии описала чрезвычайно редкий тип звездной системы, у которой есть все задатки в будущем стать сверхсильной килоновой.

Позавчера, 10:49
Сергей Васильев

Американский стартап, занятый возвращением к жизни вымерших животных, объявил о начале работы с додо — почти легендарными птицами, которых люди перебили еще несколько веков назад.

Вчера, 10:30
Сергей Васильев

Считается, что неандертальцы жили в коллективах максимум в пару десятков особей. Однако на их стоянках обнаруживают останки исключительно крупных животных, добыть и съесть которых можно только командой, насчитывающей сотни человек.

30 января
Алиса Гаджиева

На юге Ирака идут раскопки Лагаша — одного из самых ранних крупных городов мира. Исследователи уже обнаружили городские кварталы и выделили отдельные общественные здания, в том числе древнешумерское кафе.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: