조명 및 컴퓨터와 같은 장치가 사용하는 모든 에너지의 약 3 분의 2가 열로 손실되므로 전력에 소비 된 돈의 대략 3 분의 2가 화상을 입을 수 있습니다. 그러나 과학자들은 그 낭비 된 에너지 중 일부를 되 찾을 수있는 전망이 개선되었으며, 이제 과학자들은 열에서 전기를 생성하기위한 주요 임계 값을 가로 지르는 소위 열전 전기 재료를 고안했습니다.
태양 전지의 태양 광 화합물이 빛으로부터 전기를 생성하는 한 열전 전기 재료는 열을 전기로 변환합니다. 예를 들어, 하이브리드 자동차의 휘발유 엔진의 폐열 중 일부를 사용하여 자동차 배터리를 충전 할 가능성이 높아집니다. 일리노이 주 에반 스턴에있는 노스 웨스턴 대학교의 무기 화학자 인 메르쿠리 카나츠 지 디스 (Mercouri Kanatzidis)는“이 분야의 꿈은 가능한 한 많은 상황에서 폐열을 수확하는 것입니다. "그러면 그 에너지를 수확 한 곳으로 다시, 예를 들어, 차량의 마일리지를 늘리기 위해 에너지를 다시 넣었습니다." 물론 열역학 제 2 법칙에 따르면 폐 열을 발생시키지 않으면 서 모든 장치를 실행하는 것은 불가능하다고 말하면서 한계가 있습니다.
고체 내에서 열은 "포논"으로 알려진 원자와 분자의 작은 양자 기계적 진동으로 생각할 수 있습니다. 원자 규모 구조와 전기적 특성 덕분에 열전 재료는이 진동 에너지를 전자의 흐름으로 변환합니다. 열전 전기 재료의 한쪽 끝이 다른 쪽보다 따뜻한 경우, 두 끝 사이에 전압 차이가 발생하여 재료가 배터리와 비슷한 전류를 생성 할 수 있습니다.
과학자들은 ZT로 알려진 측정 값으로 열전 재료의 성능을 평가하는데, 이는 전압 생산 능력뿐만 아니라 전기를 전도하는 능력 (높은 기능)과 그 능력이 열을 전도하는 능력 (낮아야 함)을 설명합니다. 연구원들이 달성 한 최고의 ZT 가치는 1.6에서 1.8 사이 였지만 연구원들은 2의 값에 도달하기를 희망했으며,이 시점에서 열전 전기의 적용이 더 실용화 될 것입니다. Kanatzidis는“2 이상의 범위의 ZT는 산업 태양 광 발전에서 볼 수있는 것과 유사하게 12 ~ 17% 범위의 전반적인 열-전기 전환 효율을 나타냅니다. (2의 ZT는 1의 ZT보다 거의 두 배나 효율적입니다.)
새로운 열전 재료는 주로 납과 텔 루륨으로 구성됩니다. 과거의 연구에 따르면 리드 텔루 라이드는 엔진 및 기타 핫스팟에서 볼 수있는 고온의 종류에서 최고의 열전 시스템임을 발견했습니다. 연구원들은 포논에서 에너지를 흡수하기위한 세 가지 기술을 채택했습니다. 물질 내에서, 수백에서 수천 개의 나노 미터 너비 인 반도체 납 텔루 라이드의 입자는 더 긴 파장의 포논을 흡수합니다. 또한, 스트론튬 텔루 라이드 2 내지 10 나노 미터 폭의 침전물은 더 짧은 파장을 표적으로한다. 마지막으로, 재료의 결정 구조에 주입 된 미량 양의 나트륨은 가장 짧은 파장 후에 진행됩니다. 결과적으로,이 재료는 2.2의 세계 기록 ZT를 달성합니다. Kanatzidis는“이것은 이전의 기록 보유자보다 15 ~ 30% 사이의 효율적입니다. 과학자들은 오늘 자연에서 온라인으로 그들의 발견을 자세히 설명했다 .
이 연구에 참여하지 않은 East Lansing의 미시간 주립 대학의 물리학자인 도널드 모렐리 (Donald Morelli)는“열전 전기 특성을 갖는 새로운 재료를 강화하는 것은 항상 어려운 일이다. 자연은 항상 단일 재료로 당신에게 항상 당신에게 당신에게 당신에게 당신에게 전기 전도성과 낮은 열전도율을주고 싶어하지 않기 때문이다. "여러 길이의 스케일로 재료의 구조를 엔지니어링 한 접근 방식은 실제로 일반화 할 수있는 접근법입니다. 마이크로 칩에 사용되는 일종의 물건 인 반도체 자료에 적용 할 수없는 이유는 없습니다.
Kanatzidis와 그의 동료들은 이제 2.5 또는 3과 같은 ZT 값이 훨씬 높은 재료를 설계하려고합니다. 더 저렴한 후보자는 납 셀레 나이드 및 황화 납을 포함합니다.
