Как известно, даже на атомных станциях электричество вырабатывается за счет работы паровых турбин. И их эффективность далека от 100% и составляет в среднем 55%, то есть почти половина тепла теряется просто так. Но, похоже, ученые нашли вариант, как эффективно использовать это «ненужное» тепло и получать электроэнергию без посредника в виде пара.
Научное открытие и его возможные последствия
Открытие сделала группа специалистов Северной Америки. Они разработали термоэлектрическое устройство с применением наностолбиков нитрида галлия на кремниевой подложке, оное серьезно повышает эффективность трансформации тепла в электричество.
Специалисты прикинули, даже если просто применять такой элемент для преобразования «лишней» энергии, то это даст возможность сэкономить только в США примерно 100 миллиардов американских рублей. А по всему миру эта сумма уже измеряется триллионами.
Эффект Хусейна или как это все работает
Новая разработка ученых основана на хорошо известном эффекте Зеебека, который был открыт еще в 1822 году.
Его суть заключена в том, что в замкнутом контуре, который собран из двух разных материалов (изначально это была сурьма и висмут), на контактах материалов при разности температур начинает появляться разность потенциалов.
В теории это идеальная возможность преобразовывать тепло в энергию, но есть очень важные нюансы.
Для того чтобы получать от данного эффекта больше электричества, нужно чтобы один из элементов плохо проводил тепло. В противном случае не будет поддерживаться разность температур. Но при этом материал обязан одновременно отлично проводить электричество.
Вот только в реальности у большей части материалов теплопроводность и электропроводность идут «рука об руку» и работает простой принцип: неважный проводник электричества - неважный проводник тепла и наоборот.
В результате у большого числа полупроводников до сих пор КПД был недостаточно большим. Но вот ученые нашли решение.
Когда фононы вступают в противофазу
Для того чтобы преодолеть эту проблему, ученые решили сделать следующее: в рамках эксперимента ученые вырастили наностолбики нитрида галлия непосредственно над кремниевой мембраной. Таким вот образом удалось снизить теплопроводность кремния на немалые 21%, но при этом электропроводность никак не пострадала. Как же этого удалось им достичь?
Все дело в том, что в твердых телах за перенос тепла отвечают фононы - периодические колебания атомов в кристаллической решетке. Так вот, ученым удалось добиться того, что фононы в кремниевой мембране оказались в противофазе с фононами в наностолбиках нитрида галлия. И получается, что колебания в кремнии за счет этого просто угасают, и он остывает.
А скорость перемещения электронов при этом никак не снижается. И вот таким образом был получен термоэлектрический элемент с высоким КПД.
Создание данного материала может в корне изменить будущую энергетику. Ведь как только ученые завершат работы над усовершенствованием технологии и ее масштабируемости, то ее можно будет применять для трансформации тепловых выбросов в электричество, что серьезно увеличит выработку без увеличения количества сжигаемого топлива, что очень актуально в рамках борьбы с глобальным потеплением и ростом потребления энергии во всем мире.
Ну что ж, дождемся полноценных тестов и уже затем будем нахваливать или ругать ученых за полезное или же неработающее в масштабе открытие.
А пока с вас лайк и подписка на канал!
