Atom gemerincing di dalam kristal

Penyelidik menguraikan faktor untuk thermoelectricity yang cekap

Dumbbells atom dalam kisi kristal antimonim seng mengurangkan kekonduksian terma. Ini menerangkan sifat-sifat thermoelektrik yang baik bagi aloi ini, penyelidik pepejal dari Forschungszentrum Jülich ditemui. Sfera biru: atom antimoni, sfera merah: atom zink. © Forschungszentrum Jülich
membaca dengan kuat

Rattling pasangan pasang mengurangkan kekondalan terma bahan kristal sangat baik: ini kini telah ditemui oleh ahli fizik di Forschungszentrum Jülich. Struktur berbentuk tebal, berbentuk dumbbell dengan bebas berayun di dalam kristal boleh memainkan peranan utama dalam pembangunan bahan-bahan dengan kekonduksian terma yang rendah dan kekonduksian elektrik yang tinggi.

Ini akan meningkatkan kecekapan penjana termoelektrik yang menghasilkan elektrik dari perbezaan suhu. Sisa buangan yang tidak digunakan sebelum ini boleh menjadi semakin menarik dari segi ekonomi, saintis dalam edisi dalam talian jurnal "Kajian Semula Fizikal" jurnal.

"Penemuan kami membuka laluan baru untuk mencari bahan thermoelektrik yang lebih efisien, " jelas Werner Schweika dan Raphaël Hermann dari Institut Jülich untuk Penyelidikan Negeri Pepejal. Matlamatnya adalah jelas: Sisa buangan yang masih hilang hari ini, misalnya dalam loji pembakaran sisa, kenderaan bermotor atau gabungan haba dan loji kuasa, untuk digunakan sepenuhnya untuk pemulihan tenaga untuk serentak menyumbang kepada perlindungan iklim.

Kecekapan yang memerlukan penambahbaikan

Bahan termoelektrik menghasilkan voltan elektrik apabila terdedah kepada kecerunan suhu. Fenomena ini digunakan dalam penjana termoelektrik untuk menghasilkan tenaga elektrik. Pada masa ini, kecekapan penukaran ke dalam elektrik bahan adalah agak miskin dan berjumlah maksimum lapan peratus.

Sebagai perbandingan, loji kuasa arang batu mempunyai kecekapan sehingga 45 peratus. Ini mengehadkan penggunaan generator untuk aplikasi khas, seperti perjalanan angkasa. Untuk mencapai kecekapan yang lebih baik, bahan-bahan diperlukan untuk menjalankan elektrik dengan baik, tetapi haba tidak baik. Cabarannya ialah konduktor yang baik biasanya sebagai konduktor haba yang baik. Bahan-bahan tersebut dicirikan pada tahap atom dengan struktur kisi tetap. Elektrik menyebarkan dalam bentuk arus elektron, haba dalam bentuk getaran kisi, yang bergerak beralun melalui bahan. Walaupun penyelewengan dalam struktur kisi, seperti atom yang hilang, dapat mengurangkan kekonduksian terma, tetapi juga mempengaruhi kekonduksian elektrik. paparan

Schweika dan Hermann kini telah menguraikan bagaimana cetakan biru atom bahan termoelektrik baik yang terkenal membolehkan gabungan ciri-ciri nampaknya tidak serasi. Para penyelidik Jülich telah menyiasat penyebab kekonduksian terma rendah aloi zink-antimon dengan bantuan eksperimen hamburan neutron dan ukuran kapasiti haba.

Bentuk gangguan dinamik yang tidak diketahui

Mereka menemui bentuk yang tidak diketahui apa yang dinamakan gangguan dinamik yang menghalang penyebaran haba dalam logam semi ini: antimon seng mempunyai struktur kristal tetap, di mana dumbbell atom dengan relatif besar Berat tertanam longgar. Apabila gelombang haba bergerak melalui bahan, dumbbell juga ditetapkan dalam getaran. Pada gelombang haba ini mempunyai kesan mengganggu yang sama seperti pemecah di hadapan pantai di laut. Sorotan: Kekonduksian elektrik tidak terhalang.

Seawal tahun 2003, Hermann dapat membuktikan bahawa atom individu, yang ditangkap dalam struktur sangkar kristal, bergetar secara bebas dari kekisi kristal dan mengurangkan kekonduksian terma. Kini dia dan rakan-rakannya membuktikan bahawa struktur seperti sangkar tidak merupakan prasyarat untuk getaran setempat.

(idw - Forschungszentrum J lich, 20.09.2007 - DLO)