Za odkrycie odpowiadają inżynierowie z Northwestern University, którzy opracowali nowy materiał termoelektryczny z potencjałem stania się tym najbardziej wydajnym z wszystkich dotychczasowych. Nic więc dziwnego, że ich prace doczekały się publikacji w dzienniku Nature Materials, gdzie możecie zagłębić się w szczegóły tego materiału na bazie nowej, ulepszonej polikrystalicznej formy oczyszczonego selenku cyny.
Czytaj też: Naukowcy testują nowy materiał do budowy zbiorników paliwa rakietowego
Bazujące na materiałach termoelektrycznych systemy generują energię elektryczną poprzez wykorzystanie gradientu, czyli wspomnianej różnicy temperatury. Podgrzanie jednej strony tego specjalnego materiału powoduje, że elektrony zaczynają przemieszczać się z cieplejszej strony na chłodniejszą, generując w tym procesie prąd elektryczny. W przypadku wspomnianego chłodzenia procesorów zjawisko to wykorzystuje się odwrotnie, bo pochłaniając energię elektryczną, wspomaga się wymianę ciepła między rdzeniami krzemowymi a systemem chłodzenia.
Zjawisko termoelektryczne polega na przekształcaniu różnicy temperatur w energię i odwrotnie
Aby w pełni wykorzystać potencjał tego zjawiska, wykorzystywane w systemach materiały termoelektryczne muszą cechować się kilkoma kluczowymi właściwości na czele z wytrzymałością na temperatury z różnego spektrum. Najważniejsze jest to, aby miały wysoką przewodność elektryczną, ale jednocześnie niską przewodność cieplną, co z jednej strony ułatwia przepływ elektronów, a z drugiej zatrzymuje ciepło po jednej stronie. Kluczowe jest bowiem to, żeby między dwoma częściami materiału występowała możliwie największa różnica temperatury.
Czytaj też: Synchron, konkurent Neuralink otrzymuje pozwolenie na badania implantów mózgowych z udziałem ludzi
Skuteczność termoprzewodzenia materiałów określa się mianem współczynnika ZT, który określa skuteczność konwersji ciepła na energię elektryczną. Przed ponad dekadą najskuteczniejsze pod tym kątem materiały cechowały się wartością ZT poniżej 1 jednostki, ale 2012 roku zaliczyły rekord, wzbijając się do poziomu 2,2. Ostatnio poczyniono dalsze poprawki i opracowano materiał termoelektryczny o ZT na poziomie 2,7, a dziś ten najnowszy najwydajniejszy termoelektryczny materiał chwali się współczynnikiem ZT na rekordowym poziomie 3,1.
Najwydajniejszy termoelektryczny materiał oparto na specjalnej formie selenku cyny
Tak świetną wydajność gwarantuje selenek cyny, którego ci sami naukowcy testowali wcześniej w formie monokrystalicznej o ZT rzędu 2,6. Jednak okazało się, że w tej formie materiał był zbyt kruchy, aby można było myśleć o masowej produkcji, dlatego też zaczęto eksperymenty w formie polikrystalicznej. Początkowo ta była obiecująca, bo mocniejsza i łatwiejsza do produkcji, ale okazało się, że jej wysoka przewodność cieplna ograniczała zjawisko termoelektryczne. Wystarczyło jednak pozbyć się warstwy utlenionej cyny z powierzchni, aby ulepszyć tę polikrystaliczną formę oczyszczonego selenku cyny i podbić wskaźnik ZT do wartości 3,1.
Czytaj też: Komputer kwantowy stworzył kryształ czasu. Co to właściwie znaczy?
Zespół ma nadzieję, że ten przełom może doprowadzić do powstania lepszych generatorów termoelektrycznych, które wykorzystują zwykle marnujące się ciepło powstające w silnikach, czy układach elektronicznych.
