دانشمندان کریستال‌هایی می‌سازند که از گرما، الکتریسیته تولید می‌کنند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۹ نوامبر، ۲۰۲۲
لینک منبع: Scientists Create Crystals That Generate Electricity From Heat

یک ماده معدنی سولفید مصنوعی با خواص ترموالکتریک.

در تلاش برای تبدیل موثر گرما به الکتریسیته، مواد به راحتی در دسترس از مواد خام بی‌ضرر، چشم اندازه‌ای جدیدی را در توسعه مواد ایمن و ارزان به‌اصطلاح ترموالکتریک، باز می‌کنند. با توجه به مطالعه‌ای که اخیرا در مجله Angeandte Chemie منتشر شده‌است، یک ماده معدنی مس مصنوعی ساختار و ریز ساختار پیچیده‌ای را از طریق تغییرات ساده در ترکیب خود به دست می‌آورد و بنابراین پایه و اساس خواص مطلوب را بنا می‌نهد.

مواد مصنوعی جدید از مس، منگنز، ژرمانیوم و گوگرد تشکیل شده‌است و در یک فرآیند نسبتا ساده تولید می‌شود. پودرها به سادگی توسط آسیاب گلوله‌ای به صورت مکانیکی آلیاژ می‌شوند تا یک فاز پیش‌کریستال‌شده تشکیل شود که سپس تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد متراکم می‌شود. او می‌گوید: «این فرآیند را می‌توان به آسانی افزایش داد.»

مواد ترموالکتریک گرما را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. این امر به‌ویژه در فرآیندهای صنعتی که در آن حرارت اتلافی به‌عنوان قدرت الکتریکی با ارزش مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد، مفید است. رویکرد معکوس، خنک‌سازی قطعات الکترونیکی، به‌عنوان مثال، در گوشی‌های هوشمند یا ماشین‌ها است. مواد مورد استفاده در این نوع کاربردها نه‌تنها باید کارآمد، بلکه ارزان و از همه مهم‌تر، ایمن برای سلامت باشند.

با این حال، دستگاه‌های ترموالکتریک که تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته‌اند، از عناصر گران‌قیمت و سمی مانند سرب و تلوریم استفاده می‌کنند که بهترین بازده تبدیل را ارائه می‌دهند. برای یافتن جایگزین‌های امن‌تر، امانوئل گویلمو و تیم او به مشتقات طبیعی کانی‌های سولفیدی مس‌بنیان روی‌ آورده‌اند. این مشتقات معدنی عمدتا از عناصر غیرسمی و فراوان تشکیل شده‌اند و برخی از آن‌ها خواص ترموالکتریک دارند.

در حال حاضر، این تیم موفق به تولید یک سری مواد ترموالکتریک شده‌است که دو ساختار بلوری درون یک ماده را نشان می‌دهند. او گفت: ما از نتیجه بسیار شگفت‌زده شدیم. معمولا تغییر جزیی ترکیب تاثیر کمی بر ساختار این دسته از مواد دارد.

این تیم کشف کرد که جایگزینی بخش کوچکی از منگنز با مس، ریز ساختارهای پیچیده‌ای را با نانو حوزه‌های به‌هم‌پیوسته، عیوب و واسط‌های منسجم تولید می‌کند که بر خواص انتقال ماده برای الکترون‌ها و گرما تاثیر می‌گذارد.

امانوئل گویلمو می‌گوید که ماده جدید تولید شده تا ۴۰۰ درجه سلسیوس (۷۵۰ درجه فارنهایت) پایدار است. این محدوده دمایی است که به خوبی در محدوده دمای حرارت اتلافی اکثر صنایع قرار دارد. او بر این باور است که براساس این کشف، مواد ترموالکتریک ارزان‌تر و غیرسمی را می‌توان برای جایگزینی مواد مشکل‌ساز طراحی کرد.

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات فیزیک ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.