19 февр. 2008 г.

Открыты термоэлектрические свойства кремния


Ученые выяснили, что специально подготовленный кремний приобретает ко всему прочему и термоэлектрические свойства (преобразование теплоэнегрии в электричество), и это открывает широкие возможности в его использовании. Теперь появилась возможность постройки электростанций, использующих в качестве источника электроэнергии не только солнечный свет, но и тепло, излучаемое нашей звездой. Однако и это еще не все. Ученые утверждают, что теперь в качестве ресурса можно использовать любые подобные источники, такие, как например, излишки тепла, выделяемые автомобилями и компьютерами. С другой стороны, кремний можно использовать и в охлаждении. Давайте рассмотрим это подробнее.

Если поместить новое изобретение thermoelectric device (термоэлектрические устройство) под микроскоп, можно увидеть, что оно, грубо говоря, состоит из двух нагревающихся пластин, соединенных между собой нанопроволокой из специально обработанного кремния. Одна из пластин является источником тепла, а вторая - чувствительный элемент. Устройство имеет два основных режима работы. В первом режиме термоэлектрик подвергается нагреванию с одной стороны и с другой генерирует электрический ток, а во втором наоборот, при пропускании через нанопроволоку электрического тока термоэлектрик создает тепловую разницу, нагревая одну пластину и охлаждая вторую. То есть устройство способно при разных условиях вырабатывать электричество, тепло или охлаждать.

Традиционные термоэлектрики, которые используются с 1960-х годов, производятся либо из теллурида висмута, либо из теллурида свинца. И в том и другом случае процесс изготовления весьма недешев, так как требует большой производственной инфраструктуры. Сами же термоэлектрики относительно громоздки и требуют для изготовления много сырья, что увеличивает их себестоимость. Когда производители стали использовать их в сумках-холодильниках и автомобильных сидениях, они, по сути, раскрыли весь "свинцово-висмутовый" потенциал.

Пэйдонг Янг и его коллеги, опубликовавшие в журнале Nature результаты своих многолетних исследований на предмет термоэлктрических свойств кремния, собираются изменить текущее положение дел. Кремний в обычном состоянии является отличным проводником как тепла, так и электричества, но в виде нанопроволоки толщиной 50 нм, его способность проводить тепло уменьшается в сто раз, тогда как способность проводить ток остается неизменной. При создании существенной разницы температур на концах проволоки, термоэлектрик будет генерировать ток, и наоборот, при пропускании через него тока, генерировать разницу температур.

Новые термоэлектрики, благодаря своей дешевизне и размеру можно использовать где угодно. Они могут "перегонять" в электричество излишки тепла в автомобиле, вырабатываемые двигателем при преобразовании топлива в механическую энергию, что позволит создать новое поколение электромобилей. "Солнечные" батареи, усиленные силиконовой нанопроволокой станут эффективнее в разы. Также при помощи новых термоэлектриков можно существенно повысить энергосбережение компьютеров и мобильных устройств, что поможет значительно увеличить время работы ноутбуков, сотовых телефонов и т.п.

Однако на скорое использование новинки рассчитывать не приходится, так как исследования еще не закончены. Ученые уже добились создания нанопроволочных сетей, но до сих пор не могут выяснить, почему кремний в виде 50 нм проволоки теряет теплопроводимость.

TECHLABS .

Комментариев нет: