3DNews: Американские учёные открыли новый путь преобразования тепла в электричество

Учёным всегда хотелось обратить огромное количество тепла, которое выделяется при выработке электроэнергии, на пользу человечеству. Для этого американские учёные создали метаматериал, который весьма повысит результативность преобразования.

Термоэлектрическим эффектом называют возникновение разности потенциалов на концах двух последовательно соединённых разнородных проводников при наличии разницы температур между обоими. 200 лет назад его открыл физик Томас Зеебек. Преобразование тепла в электричество возможно при наличии материала с хорошей способностью проводить электроны. В природе нет таких материалов, но их можно синтезировать.

Учёные из Нацинститута стандартов и технологий (NIST) сумели получить метаматериал, который хорошо проводит электроны и плохо проводит тепло. Тепло в телах, которые состоят из кристаллической решётки, передают квазичастицы фононы – субстанции, которые одновременно являются и частицами, и волной. Такой метаматериал применяет волновые свойства фононов для оказания воздействия на скорость их распространения в материале, пишет 3DNews.

Метаматериал учёных из США – это лист кремния, на котором выращивают нанокристаллы из нитрида галлия. После этих манипуляций подложку истончают. Если тепло передаётся от одного края листа на иной, то оно распространяется через наностолбцы. В них появляются стоячие волны с периодом, значение которого зависит от их формы. Данные волны короче волны фононов. Стоячие волны в наностолбцах вступают в резонанс с волнами фононов в кремнии. Это заставляет последние подстраивать свою длину волны под «запертую».

После эксперимента, описанного в журнале Advanced Materials, учёные уменьшили теплопроводность кремния на 21% без потерь электропроводности.