熱電材料を持つ個人的なエネルギー生成: 教授とのロバート Dorey インタビュー

ロバート Dorey の Nanomaterials の椅子、 Cranfield 大学教授
対応する著者: r.a.dorey@cranfield.ac.uk

ロバート Dorey 教授は Cranfield 大学でエネルギーおよび環境のセクターの nanomaterials のアプリケーションを探索している研究グループを導きます。 この 「リーダー」のインタビューでは、彼軍のセクターの多くのアプリケーションがある、また消費者装置の彼の作業についての Soutter を考えました個人的なエネルギー世代別技術の決定するために話します。

WS: ずっとあなたが働かせている個人的なエネルギー世代別技術の種類の輪郭を描くことができますか。

RD: 実際に有用な方法で互いを補足する熱電材料および太陽引きつけられる材料に多くのタイプの異なった個人的なエネルギー世代別技術が - piezoelectrics、燃料電池、等 - と働く主要な物今基づいていますあります。

熱電材料は温度の相違からの電力を生成でき太陽引きつけられる材料は私達が熱に日光を変換することを可能にします - 私達の温度の貯蔵所がもっと効果的に熱するようにします。 従って 1 つの装置に 2 つを一緒に持って来るとき、効率的に熱電効果からの力を生成できます。

熱電材料はそれの後ろの最も興味深い科学との 1、および人々が前に出くわさないかもしれない 1 です。 材料を熱すれば、伝導帯に電荷キャリアを - 電子か穴刺激します。 金属棒の 1 つの端を熱し、もう一方の端の風邪を保つことを想像すれば熱い端は冷たい端よりより多くの電荷キャリアを生成するべきです従って材料の 1 の端に他よりより多くの料金で終ります - 電圧を持っています。 性質はそれから均一料金分布を作成することを試みます。 それはそれらの電荷キャリアが材料を通って移行し、それから流れを持っていることを意味します。

この汎用アプローチを使用して、私達は温度の相違からの電力をちょうど生成してもいいです。 すべての材料はこれを幾分します; それはちょうど大部分の材料がそれを非常に不完全にする、従って私達はそれに気づきませんこと起こります。 しかしそれをかなりよくする、私達はその力を利用し始めてもいいです半導体材料のある特定の選択があり。

それらの半導体材料を取り、添加物を置くことによって修正すれば、私達は多くの穴 (正電荷) 熱されたとき、および電子を生成する n タイプの半導体を生成する p タイプの半導体を作ってもいいです。 私達がこれら二つの打ち込みシリーズを、置けばそれらの材料の両方を渡る温度の相違を、私達より高い電圧を得始めてもいければ接続すれば。 ちょうど 1 つの材料はほとんど何でもではないそれを渡るミリボルトの 100 に 1910 年代を生成します。 しかしこれらの p- および n タイプ材料を一緒にデイジーチェーン接続し始めればちょうど多くの電池の上のスタッキングのように、有用な電圧を生成できます。

WS: 従ってこれらの材料をより効率的にさせるのを助けますナノテクノロジーはどのようにか。

RD: システムを通してエネルギーを行なう 2 つの違った方法があります。 1 つは結晶格子の振動の、他の 1 は材料を移動する電子によってあります音量子によって熱エネルギーの転送であり。 従ってよい熱電材料のためにそれ非常によい電気伝導率は非常に悪い熱伝導度があってほしいです。

ただし、例えば銅について考えればそれにそれがまたよい熱コンダクターであり、それが実際に熱電効果のために実際に悪いので私達がワイヤーでそれをなぜ使用するが、またやかんでそれを使用しますかであるよい電気伝導率があります。 そして他の方法製陶術およびガラスのような絶縁体に、行けば、それらは熱エネルギーからの絶縁でよいですが、またよい電気絶縁体です。 従って熱電効果のための特性の右のセットがある材料を見つけることを試みる戦いがによって常に戦っています。

幸いにも相違の熱および電気伝導のための長さがスケールがあります。 熱伝導は、電子はいたる所に跳ねがちです分散するか、がまたは反映される前に長距離比較的大きい間隔、従って音量子の波旅行に発生しがちです。 従って材料に nanoscale の構造を入れれば大いにより小さい長さのスケールで既に分散しているので材料に結晶構造を通して振動の有効な波を開発する定期的な構造の十分がないが電子は影響を受けていませんので、音量子を破壊できます。 従って nanostructures と、熱伝導度を減らすことができますがよい電気伝導率を維持します、従って熱電材料のパフォーマンスは上がります。

太陽エネルギーの吸収物によって、私達は材料の構成によって同じようなトリックをすることを試みています従ってそれらに表面を離れた入射光の放射の跳ね上がりの反射力が少しだけそう、実際にあり、すべて吸収されて得ます。

ナノテクノロジーのそれら二つの面を、これらの非常に小さい構造を使用して一緒に結合することによって、私達は太陽エネルギーを実際によく吸収する、および材料をいいですよい熱電特性がまたある材料を得ても。 そして材料自身はエキゾチックではないです - 材料によって改良される特性を与えるバルク段階の同じ材料と比較されるのは nanostructure です。

WS: この技術はどのように戦場の兵士に寄与しますか。

RD: 基本的には、私達は見ま兵士の範囲を増加し - 時間を彼増加しますまたは彼女はベースおよび彼らが運ばなければならない量を減らすことを避けてもいいです。 一般の兵士はサービスで背部またはパトロールのおよそ 70 の kg があり、そのの多くは電池の重量です。 実際には、多くのそれは装置に既にある電池のための置換です。 従って電池に最後のより長い作ることができればより長くのために運びますより多くの食糧、より多くの弾薬を外に出てもいいです。

それらがそれらと運ばなければならない蓄積エネルギーからのロードを減らすことができればそう真のメリットがあります。 そしてそれからより集中させたエネルギー生成に縮小すればある実際にエキサイティングな事をまたし始めることができます。 例えば、化学攻撃か他の危険のためにスキャンできるセンサーはそれの隣で小さい熱電装置権利によって従ってあなたそれに動力を与えるために電池のパックからのケーブルに通す必要はありません動力を与えることができます。

WS: どの位流れを生成する携帯用熱電システムはうまくでしようか。

RD: よくそれによってはちょうど太陽電池かとのようにどの程度アレイがあるか依存します。 太陽電池によって私達は通常 「1 平方メートルあたり力」述べ、丁度 thermoelectrics によって同じです - それ動作すればより大きい領域、より多くの生成する力。 従って挑戦は私達が太陽電池 - 約 100 mW/cm2 から見ている同じ一種のレベルに当ることです。

ただし、熱電システムと、あなたが温度の相違を用いる増加をまた生成する力。 従って兵士の体温、約 16 の °C の相違に室温を言うために - 大きい領域が小さい温度の相違に取り組むことをあることができます。

また、日光への露出と熱するより小さい、専用太陽引きつけられるゾーンがあることができます。 70 か 80 °C まで太陽引きつけられる材料を熱するためにオフィスの窓辺にそれを坐らせることによってちょうどどうにかして 3 月の Cranfield で。 あなた 60 °C の温度の相違を、および与えるようにそれに有用な電力量である 1910 年代に近い方のあなたまたは mW/cm2 の 100 つを得始めることができます。

WS: 私達が消費者製品の個人的なエネルギー世代別技術を見始める、また考えます前にどの位軍のセクターにそれをいますか。

RD: おそらくよりより少ない時間は考えます。 軍の環境では、壊れればそこにです深刻な反響あります、従って一般市民アプリケーションのためである必要があるかもしれませんより装置はより強いおよび抵抗の異なったタイプの環境である必要があります。 そしてそれは充満小道具のための実際に涼しい事です - 何人についての小道具の人々が所有し、運んでいるかちょうど考えて、それはそれらをより長くのために完全に満たしておくための典型的な 「男の子のおもちゃ」の解決です。 市場がアプリケーションの親切なそれのために空腹であるように。

の点では最初に来るべきを行っているどれが軍か商用アプリケーション、私はそれにお金を置くことを望みません。 私はそれらが同時に現われることを非常に明確な軍アプリケーション、また多くの強い商業領域があるが、従って私が考えることを見ることができます。 一種の時間に関しては、私達はほぼに市場の製品を既にオンラインで来ることを見始めています従って非常に遠くにありません。 ただし、それらは慣習的な技術 - 全然 nanostructured それではないある熱電材料に基づいています。 それらは、例えばキャンプのための装置の調理と大きい気温傾度が使用できるところで、統合されています。 そうそこに原料が既にありますが、私達が現われているそれの nano 側面に会う前にそれはおそらく年のもう一つのカップルです。

WS: 私達が人々を数年以内に働くことを見ること次の大きい進歩のいくつかは何ですか。

RD: 実際にエキサイティングな事の 1 つはこれらの事を織物およびファブリックに統合されて得ることを試みています従ってシステムの部分になります - 私達はマッチ箱サイズの事を持っていること述べていてコートにの側面、これらの事なります衣服の重要部分に縫われていません。

従って例えば、兵士のために、なります彼らのバックパックの部品に、それを想像できます - 彼らのバックパックがからなされることまさにファブリックは実行中の熱電要素です。 従って兵士が減らし運んでいる、十分に統合されたパッケージをもう一度試しています総重量を提供することを。

そしてそれは真の挑戦です - ケイ素の部分のような平らな基板でこれらの事を作ることを試みることは十分に挑戦的です。 3D 構造でそれを作ることを試みて編まれた構造は非常にエキサイティングです。

WS: 何が熱電材料および他の個人的なエネルギー世代別技術で動作し始めるように促しましたか。

RD: 私はトレーニングによって材料の科学者行い、実行中の nanomaterials は働くエキサイティングな領域いままで常にでした。 個人的なエネルギー生成で動作の概念はいくつかの異なった事から特に約来ました。

部分的にそれは移動の多くをすることからの欲求不満であり、持っていて電話電池を空港であいにくの時を最高で実行し、決して充満ポイントを持ち、または絞のタイプのプラグを持っています。

それから私はテレコミュニケーションがアフリカでどのようにで成長していたかある記事を読みました - 全地上通信線の事がによってちょうど抜け、可動装置にまっすぐに行きました。 私達にまだ地上通信線があるので、アフリカの移動式ユーザーの番号はちょうど驚くほどであり、ヨーロッパかアメリカでより高いです。 それらによっては電話のための固定アーキテクチャに置くことのその全概念が抜け、それは考えている私を得ました - 私達はちょうど電力配分のための固定アーキテクチャに置くことの概念が抜けるでしようか。

私達にどこでも接続される各国用の格子があるイギリスおよびヨーロッパで、それは実際に私達の実行中の生活様式にもう適しません。 オフィスで、それへ机、まだ机が大きいオフィスの真中にあれば、力を得ることの隣でかなり困難である場合もあります壁の電力ソケットがあることができ、 - それは力のオフィスにちょうど、どこでも推定上あります。

そしてそれはちょうど建物を残し、外側行くと同時により懸命に得ます - 力を絶えず動いた得ることはかなり挑戦的です。 それから都市の外に、田園環境に、力は常に確定的にありません。 そしてそれは力の下部組織が付いている先進国のすべてあります。

従って私はリンクし、村に動力を与える力のための実質の市場がキロワットの範囲 - 個人か世帯に役立つ十分へワットに多分あることを考えます。

それは非常に適切のパワーへ私達がナノテクノロジーおよび 「上昇形」製造述べているとき実際に 「上昇形」アプローチの種類です!

教授についてロバート Dorey

ロバート Dorey は Cranfield 大学で Nanomaterials の椅子を保持し、表面科学およびナノテクノロジーの協会の部分です。 彼は nano の独立した研究グループおよびエネルギーおよび環境の microtechnology を導きます。 彼の研究活動は 3 つの関連付けられた主題を探索します:

  • 固体酸化物の燃料電池、熱電、 ferroelectric、 pyroelectric および圧電気材料を含む機能材料そして装置に基づく個人的なエネルギー世代別解決。
  • 環境および構造ヘルスモニタリングセンサー
  • 最小化エネルギー、材料および化学薬品の使用法のための環境に優しい処理のルート。


Date Added: Aug 15, 2012 | Updated: Feb 16, 2013

Last Update: 16. February 2013 16:46

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