เทอร์โมอิเล็กทริกแบบโพลีคริสตัลไลน์ทำลายสถิติด้านประสิทธิภาพการแปลงความร้อน

นักวิจัยในเกาหลีและสหรัฐอเมริกาได้สร้างวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในปัจจุบัน วัสดุ มีประสิทธิภาพการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าเกือบ 20% และสามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่ดักจับความร้อนเหลือทิ้งจากโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรม เช่นเดียวกับความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์สันดาปในรถยนต์ เรือ และเรือบรรทุกน้ำมัน กว่า 65% ของพลังงานที่ผลิตทั่วโลกสูญเสียไปเป็นความร้อนเหลือทิ้ง 

เครื่องกำเนิด

พลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์สามารถเปลี่ยนความร้อนนี้ให้เป็นไฟฟ้าได้ผ่านเอฟเฟกต์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ดี จะต้องทำจากวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนต่ำมาก ขณะเดียวกันก็ต้องเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีด้วย นี่เป็นการผสมผสานที่ยุ่งยากโดยเฉพาะอย่างยิ่ง

เนื่องจากอุปกรณ์อาจสัมผัสกับแหล่งความร้อนที่ร้อนถึง 400-500 °C ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทนทานต่ออุณหภูมิสูง คุณสมบัติทางกลไม่ดีในปี 2014 ทีมงานที่นำโดยนักเคมีและนักออกแบบวัสดุค้นพบว่า ดีบุกผลึกเดี่ยว (SnSe) นั้นสามารถเปลี่ยนความร้อนเหลือทิ้งเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุอื่นๆ ที่รู้จัก

โดยมีค่าเทอร์โมอิเล็กตริกสูงเป็นประวัติการณ์ , ZT ของ 2.6 ที่ 924 เค ต่อมากลุ่มวิจัยอื่นพบว่า ZT ของผลึก SnSe เดี่ยวชนิด n ที่เจือด้วยโบรมีนนั้นสูงขึ้นถึง 2.8 ที่ 773 เค อย่างไรก็ตาม SnSe แบบผลึกเดี่ยวนั้นยุ่งยาก สังเคราะห์และมีสมบัติทางกลต่ำจึงผลิตจำนวนมากไม่ได้

ในทางกลับกัน รูปแบบโพลีคริสตัลไลน์ของ SnSe เป็นวัสดุที่เรียบง่าย เลขฐานสอง ราคาไม่แพง และมีอยู่มากมายในโลกพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่ดี คุณสมบัติการนำไฟฟ้าควรอยู่ในเกณฑ์ที่ดี: ตัวอย่างโพลีคริสตัลไลน์เป็นที่เข้าใจกันโดยทั่วไปว่ามีค่าการนำความร้อนแบบตาข่ายต่ำกว่าผลึกเดี่ยว 

เนื่องจากการกระเจิงเพิ่มเติมของโฟนัน (การสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายคริสตัล) ที่ขอบเขตของเม็ดคริสตัล น่าแปลกที่นักวิจัยคนอื่นๆ พบว่าค่าการนำความร้อนแบบตาข่ายสำหรับโพลีคริสตัลไลน์ SnSe นั้นสูงกว่าสำหรับรุ่นผลึกเดี่ยวที่สอดคล้องกัน กำจัด “ผิวหนัง”การวัดเริ่มต้นพิสูจน์แล้วว่าน่าผิดหวัง

เช่นเดียวกัน 

อย่างไรก็ตาม เมื่อนักวิจัยตรวจสอบตัวอย่างอย่างใกล้ชิด พวกเขาพบว่ามีชั้นดีบุกออกซิไดซ์บางๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของมัน “ผิวหนัง” ที่นำความร้อนนี้นำความร้อนได้ดีกว่าดีบุกเซเลไนด์เองถึง 150 เท่า ดังนั้น จึงพัฒนาเทคนิคการสังเคราะห์แบบใหม่เพื่อลดการมีอยู่ของมัน วิธีการของพวกเขาเกี่ยวข้องกับ

วัสดุที่ได้นั้นมีประสิทธิภาพการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าเกือบ 20% โดยมี ZT 3.1 ที่อุณหภูมิ 783 เค ซึ่งสูงกว่าระบบเทอร์โมอิเล็กทริกจำนวนมากอื่นๆ ที่ศึกษาจนถึงปัจจุบัน ซึ่งเป็นข่าวดีตั้งแต่มีการผลิตเชิงพาณิชย์ ของเทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กตริกถูกจำกัดอย่างจริงจังด้วยค่า ZT ต่ำและการมีองค์ประกอบ

ที่เป็นพิษ เช่น ตะกั่ว (Pb) หรือของหายากอย่างเทลลูไรด์ (Te) แท้จริงแล้ว ZT ของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส่วนใหญ่มีค่าน้อยกว่า 2 ในขณะที่ค่า PbTe อยู่ที่ประมาณ 2.5 วัสดุในงานนี้ซึ่งทีมงานอธิบายไว้เป็นวัสดุประเภท p เนื่องจากอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกต้องใช้วัสดุประเภท p และ n 

ซึ่งมีสมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกคล้ายกัน สมาชิกในทีมกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาหวังว่าจะพัฒนาวัสดุประเภท n ร่วมกัน การลดวัสดุตั้งต้นของดีบุกรวมถึงสารประกอบของดีบุกเซเลไนด์โดยใช้ไฮโดรเจนและอาร์กอน จากนั้นจึงทำการหลอมโลหะทั้งหมดไปที่อุณหภูมิสูง “มีเดลต้า-T พาดผ่านหม้อทอด” โบว์ส์กล่าว 

พร้อมใช้ภาษาที่บ่งบอกว่าเขาเป็นนักฟิสิกส์ “นี่เป็นหนึ่งในตัวแปรควบคุมของพื้นผิว” สำหรับมันฝรั่งทอดกรอบทั่วไปซึ่งมีความกว้างประมาณ 10 เซลล์มันฝรั่ง อุณหภูมิจะถูกตั้งไว้ที่ประมาณ 180 °C ที่ทางเข้าของหม้อทอด และ 160 °C ที่ทางออก ชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกเคลื่อนผ่านบริเวณทอดต่างๆ 

โดยใช้พายหมุน 

ซึ่งทำหน้าที่ทั้งในการสลายกลุ่มก้อนและเพื่อจุ่มชิ้นส่วนลอยน้ำที่ลอยอยู่เหนือน้ำมัน เมื่อชิ้นส่วนเคลื่อนผ่านหม้อทอด แป้งที่อยู่ภายในจะผ่านการเปลี่ยนเฟสหลายครั้ง แป้งจะผ่านจากสถานะผลึกดั้งเดิมของมันไปสู่ ​​”เฟสหลอมเหลว” ที่เป็นยาง จากนั้นจึงผ่านการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วและกลับไปสู่เฟส

ที่เป็นแก้ว “ถ้าคุณได้จังหวะของกระบวนการนั้นถูกต้อง และถ้าคุณได้กราฟอุณหภูมิที่ถูกต้อง คุณก็จะได้เนื้อสัมผัสที่ถูกต้อง “โบว์พูด “การเปลี่ยนแป้งเป็นสิ่งสำคัญ”สะบัดสิ่งใดก็ตามที่อยู่ด้านล่าง การกระทำนั้นเร็วมากจนมันเป็นเรื่องท้าทายที่จะเห็นนิ้วขยับ แต่เราได้ยินเสียง “dunk!” เป็นครั้งคราว 

ตามด้วยเสียงของมันฝรั่งที่กลิ้งออกไปและตกลงไปในถังด้านล่างที่ครอบงำ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 27% ของพลังงานมวลของเอกภพ การวัดจลนพลศาสตร์ของดาวฤกษ์ของ Gaia จะช่วยให้เราสามารถระบุการกระจายแบบ 3 มิติของสสารมืดในกาแลคซีของเราได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้มากกว่าที่ทราบกัน

ในปัจจุบัน ข้อมูลดังกล่าวอาจให้เบาะแสเกี่ยวกับลักษณะ (หรือธรรมชาติ) ของเรื่องลึกลับประเภทนี้

ดาวเคราะห์นอกระบบ ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะส่วนใหญ่ที่เรารู้จักถูกค้นพบด้วยวิธีโฟโตเมตริก (โดยการวัดการหรี่แสงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านระหว่างเรากับดาวฤกษ์แม่) 

หรือทางจลนศาสตร์ (โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความเร็วของดาวฤกษ์แม่ตามแนวสายตาของเราเนื่องจาก การเคลื่อนที่แบบสะท้อนกลับที่เกิดจากดาวเคราะห์) เนื่องจากไกอาทำการวัดการเคลื่อนที่แบบรีเฟล็กซ์ของดาวได้อย่างแม่นยำในแบบ 2 มิติ มันจึงเป็นเครื่องตรวจจับดาวเคราะห์แบบจลนศาสตร์

ที่ไวมาก การจำลองแสดงให้เห็นว่า Gaia สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ที่มีมวลเทียบเท่ากับดาวพฤหัสบดี (หรือสูงกว่า) และอาจมีดาวเคราะห์ดังกล่าวมากถึง 70,000 ดวงในวงโคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียง ระบบที่อยู่ใกล้เคียงเหล่านี้สร้างเป้าหมายที่ดีสำหรับการตรวจวัดติดตามโดยละเอียดโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินขนาดใหญ่หรือหอสังเกตการณ์อวกาศเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย