화석 연료는 열을 생성하여 현대 사회에 힘을 주지만 그 열의 대부분은 낭비됩니다. 연구원들은 열을 전력으로 변환하는 Thermoelectrics라는 반도체 장치로 일부를 회수하려고 시도했습니다. 그러나 그들은 소수의 틈새 응용 프로그램을 넘어서 유용하기에는 너무 비효율적이고 비싸다.
이제 일리노이의 과학자들은 저렴하고 잘 알려진 재료를 사용하여 지금까지 가장 열경풀이 가득한 열전을 생성했다고보고했습니다. 이 과정에서 연구원들은이 과정에서 재료를 광범위한 응용에 필요한 효율성으로 밀어 넣을 수있는 귀중한 교훈을 배웠다고 말합니다. 이 경우 열전 전기는 언젠가 수많은 엔진, 보일러 및 전기 공장에서 전원 차량과 청소 에너지를 만들 수 있습니다.
열전 전기는 이상하고 유용한 특성을 가진 반도체의 슬래브입니다. 한쪽에서 가열하면 전류 및 전력 장치를 구동하는 데 사용할 수있는 전기 전압이 생성됩니다. 전압을 얻으려면 열전 전기는 전기 도체가 좋지 않지만 열 전도체가 좋지 않아 효과를냅니다. 불행히도, 재료의 전기 및 열 전도도는 손에 들어가는 경향이 있기 때문에 열전 효율이 높은 재료를 만드는 것이 어려운 것으로 입증되었습니다. 속성 과학자는 Zt.
몇 년 전, 일리노이 주 에반 스턴에있는 노스 웨스턴 대학교 (Northwestern University)의 화학자 인 Mercouri Kanatzidis가 이끄는 연구원들은 ZT 값이 2.2 인 Lead Telluride (PBTE)라는 인상적인 새로운 열전 재료를 발견했습니다. 그것은 대부분의 연구자들이 광범위한 응용 프로그램의 최소값을 고려하는 ZT 3에 합리적으로 가깝습니다.
흥미로운 Kanatzidis와 그의 동료들은 PBTE의 화학 사촌을 테스트하기 시작했습니다. 하나는 Tin Selenide (SNSE)라는 반짝이는은 물질이었습니다. 수십 년 전, 연구원들은 전기 도체가 너무 열악하여 열전 전기로 시도 할 가치가 있음을 발견했습니다. 그러나 Tin과 Lead는주기적인 테이블에서 동일한 그룹에 속하며 Tellurium과 Selenium은 모두 다른 그룹의 구성원입니다. Kanatzidis는“우리가 탐험하고 싶었던 것은 호기심이었다.
따라서 노스 웨스턴과 미시간 대학교 앤아버의 Kanatzidis와 동료들은 Tin Selenide를 다시 한 번 살펴보기로 결정했습니다. 연구원들은 A-, B- 및 C-AXES로 알려진 크리스탈 원자 평면의 세 가지 방향을 따라 총알 크기의 SNSE와 절단 된 조각을 합성했습니다. 이는 재료의 특성을 분석하기위한 표준 기술입니다. 그런 다음 넓은 온도 범위에 걸쳐 각 샘플의 열 및 전기 전도도를 차트로 표시했습니다. B 축 샘플은 예상보다 더 나은 전기 전도도와 부팅에 매우 낮은 열전도율을 갖는 것으로 판명되었습니다. 이러한 특성은 재료에 2.6의 ZT를 제공했으며, 최고의 값은 지금까지 측정되었습니다. Kanatzidis는 초경중 전도도의 핵심은 아코디언처럼 보이는 재료에 주석과 셀레늄 원자의 주름이있는 배열 인 것으로 보인다. 이 패턴은 포논이라는 열전달 진동에 부딪 칠 때 원자가 구부러지는 데 도움이되므로 SBSE의 열을 전도하는 능력을 약화시킵니다. 연구원들은 오늘 자연에서 결과를보고합니다 .
콜럼버스 오하이오 주립 대학의 물리학자인 조셉 헤레 맨은이 연구와 관련이 없었던 "나는 놀랐다"고 말했다. "이것은 현장에서 환상적인 결과입니다." Heremans는 3의 ZT로 열전 전기를 향한 큰 발걸음을 표시하는 것 외에도 새로운 자료는 그곳에가는 방법에 대한 교훈을 제공합니다. 그는 아마도 연구원들은 주요 아코디언과 같은 원자 배열을 보존하면서 미량의 "도펀트"원자로 스파이 킹하여 반도체의 전기 전도도를 향상 시키려고 노력할 것이라고 말했다. Heremans는 누구든지 고 조용한 재료를 생산하는 데 성공하면 내연 기관이 자동차에 전원을 공급하지 않고 열전 장치가 전기로 전환하여 전기 모터에 전원을 공급하는 열을 생성하는 새롭고 저렴한 하이브리드 자동차 엔진으로 이어질 수 있다고 말합니다. 지금은 여전히 미래의 비전입니다. 그러나 그것은 지금 그 어느 때보 다 더 가까이 보이는 것입니다.
