211service.com
Skriešana karsti un auksti
Institūta profesore Mildred S. Dresselhaus vēlas ieviest jaunu pavērsienu 19. gadsimta idejai. Zinātnieki jau gandrīz 200 gadus ir zinājuši par termoelektrisko efektu: daži materiāli rada elektrisko spriegumu, ja to temperatūra katrā pusē ir atšķirīga. Un, kad tiem tiek pielikts spriegums, tie vienā pusē sakarst un no otras puses kļūst vēsāki. Tomēr materiālu ar šīm īpašībām izgatavošana vienmēr ir bijis izaicinājums: lielākā daļa materiālu, kas vada elektrību, vada arī siltumu, tāpēc to temperatūra ātri izlīdzinās. Tas padara tos neefektīvus elektroenerģijas ražošanā un nepraktiskus lielākajai daļai apkures vai dzesēšanas iekārtu.
Bet Dresselhaus, kurš pēta nanomēroga cieto vielu fiziku, saka, ka termoelektriskās ierīces kļūs dzīvotspējīgas, kad tiks komercializēti jauni nanostrukturēti materiāli, ko viņa un citi izstrādā laboratorijā. Ar Gang Chen MIT, Zhifeng Ren Boston College un Jean-Pierre Fleurial NASA Jet Propulsion Laboratory, Dresselhaus manipulē ar materiālu enerģijas pārneses īpašībām nanomērogā, lai izstrādātu labus elektriskos vadītājus, kas ir slikti siltuma vadītāji. Strādājot ar kompozītmateriāliem, kas izgatavoti no papildinošiem pusvadītāju materiāliem, piemēram, bismuta telurīda un silīcija germānija, pētnieki cer izveidot termoelektriskos materiālus, kas ir divreiz efektīvāki nekā to parastie kolēģi.
Esošajiem termoelektriskajiem materiāliem jau ir daži pielietojumi, piemēram, automobiļu sēdekļi ar individuāli regulējamu temperatūru, kurus var efektīvi uzsildīt, kad tie ir auksti, vai atdzesēti, kad tie ir nosvīduši. Sistēma, ko ražojis uzņēmums Mičiganā, uzlabo degvielas ekonomiju, kā arī komfortu: ja sēžat uz vēsa sēdekļa, jums ir nepieciešams mazāk gaisa kondicionēšanas, norāda Dresselhaus. Bet vēl labāk būtu lietotnes, kas uztver siltuma pārpalikumu, piemēram, no automašīnas izpūtēja, un pārvērš to elektrībā. Mēs visi esam noraizējušies par ilgtspējīgu enerģiju, viņa saka. Ja mēs varētu pārstrādāt siltuma pārpalikumu, lai iegūtu enerģiju, mēs to varētu izmantot kaut kam noderīgam.
Pašreizējais izaicinājums ir iekļaut nanodaļiņas pietiekami lielās struktūrās, lai tās pievienotu cilvēka mēroga sistēmai. Šim nolūkam Dresselhaus izspiež silīcija un germānija nanodaļiņas veidnē, pēc tam tās ātri uzsilda un atdzesē vakuumā, lai tās sablīvētu milimetru mēroga stieņos. Saspiežot kopā mazas daļiņas, kas atšķiras pēc sastāva un izmēra, tā palielina materiāla virsmas laukumu, izveidojot šķēršļu joslu no iekšējām nanomēroga apakšstruktūrām, kas palēnina siltuma pārnesi, vienlaikus ļaujot elektriskajai enerģijai izplūst cauri.
Jaunie materiāli varētu palīdzēt pētniekiem izveidot dzesēšanas sistēmas mikroshēmās, nomainīt uz freonu balstītas HVAC sistēmas transportlīdzekļos, padarīt automašīnu dzinējus efektīvākus un uzlabot fotoelementu efektivitāti, izmantojot saules siltumu, kā arī gaismu. Ja mums būtu uzlaboti materiāli, kurus varētu ražot lēti un lielos daudzumos, noteikti termoelektriskās rūpniecības nozare varētu virzīties uz priekšu ātrāk, saka Dresselhaus. Tas nebeigsies ar automašīnu sēdekļiem.