یک تیم تحقیقاتی ، کریستال هایی ایجاد می کند که از گرما برق تولید می کنند

8 نوامبر 2022 – توسط ویلی

برای تبدیل گرما به الکتریسیته، مواد به راحتی در دسترس از مواد خام بی ضرر، چشم اندازهای جدیدی را در توسعه مواد ایمن و ارزان به نام «مواد ترموالکتریک» باز می کند. بر اساس مطالعه ای که در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است، یک کانی مس مصنوعی از طریق تغییرات ساده در ترکیب خود، ساختار و ریزساختار پیچیده ای به دست می آورد و در نتیجه پایه و اساس خواص مورد نظر را ایجاد می کند.

ماده مصنوعی جدید از مس، منگنز، ژرمانیوم و گوگرد تشکیل شده است و در یک فرآیند نسبتاً ساده تولید می شود، امانوئل گیلومو، محقق CNRS در آزمایشگاه CRISMAT، کان، فرانسه، که نویسنده مسئول این مطالعه است، توضیح می دهد. . او می‌گوید: «پودرها به‌سادگی با آسیاب گلوله‌ای به‌صورت مکانیکی آلیاژ می‌شوند تا فازی از پیش کریستال‌شده را تشکیل دهند که سپس در 600 درجه سانتی‌گراد متراکم می‌شود. این فرآیند را می‌توان به راحتی افزایش داد».

مواد ترموالکتریک گرما را به الکتریسیته تبدیل می کنند. این امر به ویژه در فرآیندهای صنعتی که در آن گرمای هدر رفته به عنوان نیروی الکتریکی ارزشمند مجدداً استفاده می شود مفید است. رویکرد معکوس، خنک کردن قطعات الکترونیکی است، به عنوان مثال، در گوشی های هوشمند یا اتومبیل. مواد مورد استفاده در این نوع کاربردها باید نه تنها کارآمد، بلکه ارزان و بالاتر از همه برای سلامتی ایمن باشند.

با این حال، دستگاه های ترموالکتریک مورد استفاده تا به امروز از عناصر گران قیمت و سمی مانند سرب و تلوریم استفاده می کنند که بهترین راندمان تبدیل را ارائه می دهند. امانوئل گیلمو و تیمش برای یافتن جایگزین‌های ایمن‌تر به مشتقاتی از کانی‌های سولفیدی طبیعی مبتنی بر مس روی آورده‌اند. این مشتقات معدنی عمدتاً از عناصر غیر سمی و فراوان تشکیل شده اند و برخی از آنها دارای خواص ترموالکتریکی هستند.

اکنون، این تیم موفق به تولید یک سری مواد ترموالکتریک شده است که دو ساختار کریستالی را در یک ماده نشان می دهد. امانوئل گیلمو در تشریح کشف آنها می گوید: “ما از نتیجه بسیار شگفت زده شدیم. معمولاً تغییر جزئی ترکیب تأثیر کمی بر ساختار این دسته از مواد دارد.”

این تیم دریافت که جایگزینی بخش کوچکی از منگنز با مس، ریزساختارهای پیچیده‌ای با نانودامنه‌های به هم پیوسته، نقص‌ها و رابط‌های منسجم ایجاد می‌کند که بر خواص انتقال ماده برای الکترون‌ها و گرما تأثیر می‌گذارد.

Emmanuel Guilmeau می گوید که مواد جدید تولید شده تا 400 درجه سانتیگراد پایدار است، که محدوده ای در محدوده دمای اتلاف حرارت اکثر صنایع است. او متقاعد شده است که بر اساس این کشف، مواد ترموالکتریک ارزان‌تر و غیرسمی‌تر می‌توانند جایگزین مواد مشکل‌سازتر شوند.