20 октября
НИТУ «МИСиС»

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.
24 ноября
Ольга Иванова

Исследование международного коллектива специалистов пролило свет на внезапное похолодание, произошедшее 34 миллиона лет назад и способствовавшее образованию антарктических ледяных щитов.

Вчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

Позавчера, 11:34
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

23 ноября
Мария Азарова

Международная команда ученых на примере более чем 30 тысяч жителей Западной Европы и США оценила связь между возникновением сердечной недостаточности и приемом аспирина.

21 ноября
Александр Березин

Зачем Россия во время испытания нового оружия создала кучу обломков, угрожающих МКС? Верно ли, что подобные действия сделают ближний космос непригодным к использованию? Naked Science рассказывает, почему ответы на оба эти вопроса — совсем не такие, как кажется.

20 ноября
Алиса Гаджиева

Черная смерть (вторая большая европейская пандемия чумы), которая собирала свой урожай с XIV по XIX век, убила, по, некоторым оценкам, до 60% населения Европы времен Столетней войны. А в VI веке с ее предшественницей столкнулась бурно развивающаяся после многих десятилетий кризиса Восточная Римская империя. Византия устояла, несмотря на гибель десятков процентов населения. Но первая чума нанесла по ней ужасающий удар — не дав вернуть былое могущество. Некоторые предполагают, что империя выжила, так как пандемия была «несущественной». Naked Science разбирается, насколько верно это утверждение.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

28 октября
Мария Азарова

Все образцы продукции популярных ресторанов быстрого питания, протестированные американскими учеными, содержали один или несколько видов фталатов либо других пластификаторов.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

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: