Личное Поколение Энергии с Термоэлектрическими Материалами: Интервью с Prof. Робертом Dorey

Профессор Роберт Dorey, Стул в Nanomaterials, Университет Cranfield.
Соответствуя Автор: r.a.dorey@cranfield.ac.uk

Профессор Роберт Dorey водит исследовательскую группу на Университете Cranfield исследуя применение nanomaterials в участках энергии и окружающей среды. В этом «Подумал интервью Руководитель», он говорит для того чтобы Завещать Soutter о его работе на личных технологиях поколения энергии, которые будут иметь много применений в воинском участке, так же, как в приборах едока.

WS: Можете вы пожалуйста конспектировать типы личных технологий поколения энергии вы работали дальше?

RD: Много типов различных личных технологий поколения энергии - piezoelectrics, отсеков топливного бака, Etc. - главные одни работая с в настоящее время основаны на термоэлектрических материалах и солнечных absorbing материалах, которые комплектуют один другого в действительно полезном путе.

Термоэлектрический материал может произвести электропитание от разницы в температуры, и солнечные absorbing материалы позволяют нам преобразовать солнечний свет в жару - они позволяют нашему резервуару температуры нагреть вверх более эффектно. Так когда вы приносите 2 совместно в один прибор, вы можете эффективно произвести силу от термоэлектрического влияния.

Термоэлектрический материал одно с самой интересной наукой за им, и одно которое люди не могут прийти поперек раньше. Если вы нагрюете вверх любой материал, то вы возбуждаете переносы ионов в зону проводимости - или электроны или отверстия. Если вы представляете нагреть вверх один конец адвокатского сословия металла и сдержать другой холод конца, то горячий спай термопары должен произвести больше переносов ионов чем холодный конец, поэтому вы кончаетесь вверх с больше обязанности на одном конце материала чем другое - вы получаете напряжение тока. Природа после этого пробует создать более равномерное распределение заряда. То значит что те переносы ионов проникнут через материал, и после этого вы получаете течение.

Используя этот общий подход, мы можем произвести электропитание как раз от разницы в температуры. Все материалы сделают это в некоторый объем; он как раз случается что подавляющее большинство материалов делает его неимоверно бедно, поэтому мы не замечаем его. Но некоторый выбор материалов полупроводника которые делают их довольно хорошо, и мы можем начать использовать ту силу.

Если мы принимаем те материалы полупроводника и дорабатываем их путем класть dopants внутри, то мы можем сделать p-тип полупроводники которые производят много отверстия (положительные обязанности) нагрето, и n-тип полупроводники который производит электроны. Если мы соединяем эти 2 типа последовательно, и кладем разницу в температуры через оба из тех материалов, то мы можем начать получить более высокие напряжения тока. Как Раз один материал произведет 10's до 100 из милливольт через его, который едва ли что-нибыдь. Но как раз как штабелировать вверх по много батарей, если вы начинаете к последовательному подключению этому p- и n-тип материалы совместно, то вы можете произвести полезные напряжения тока.

WS: Так как нанотехнология помогает сделать эти материалы более эффективным?

RD: 2 другой способ дирижировать энергию через вашу систему. Одно переход тепловой энергии через фононы, которые вибрации кристаллической решетки, и другое одно через электроны перемещая через ваш материал. Так для хорошего термоэлектрического материала вы хотите его иметь очень плохую термальную проводимость, но очень хорошую электрическую проводимость.

Однако, если вы думаете о меди, то на пример, оно имеет хорошую электрическую проводимость, которая почему мы используем ее в проводах, но мы также используем ее в чайниках, потому что это хороший термальный проводник также, и то фактически действительно плох для термоэлектрического влияния. И если вы идете другой путь, к изоляторам как керамика и стекла, то они хороши на изолировать от тепловой энергии, но они также хорошие электрические изоляторы. Так вы всегда воюете сражение пробуя найти материал который имеет правый комплект свойств для термоэлектрического влияния.

Удачно разница в маштабах длины для термальной и электрической кондукции. Термальная кондукция клонит произойти над относительно большими расстояниями, поэтому перемещением волн фонона long-distance прежде чем она разбросана или отражена, но электроны клонат отскочить вокруг повсеместно. Так если вы кладете некоторую структуру nanoscale в ваш материал, то, вы можете нарушить фононы, потому что ваш материал не имеет достаточно из периодической структуры для того чтобы начать эффективную волну вибраций через кристаллическую структуру, но электроны не трогнуты, потому что они уже разбрасывают на гораздо малее маштаб длины. Так с nanostructures, вы можете уменьшить термальную проводимость, но поддерживаете хорошую электрическую проводимость, поэтому представление термоэлектрического материала идет вверх.

С амортизаторами солнечной энергии, мы пробуем сыграть подобную выходку путем составлять материалы поэтому они имеют действительно отражательную способность, настолько очень немногую прыжоков радиации света случая с поверхности, и она все получает поглощенной.

Путем совмещать те 2 аспекта нанотехнологии совместно, используя эти очень малые структуры, мы можем получить материалы которые поглощают солнечную энергию действительно хорошо, и материалы которые имеют хорошие термоэлектрические свойства также. И материалы сами не экзотически - это nanostructure которое дает свойства улучшенные материалами, сравненное с такими же материалами в навальном участке.

WS: Как эта технология поможет воинам в поле брани?

RD: По-существу, мы смотрим увеличивающ ряд воина - увеличивающ количество времени он или она может остаться далеко от основания, и уменьшать количество они должны снести вокруг. Средний воин имеет вокруг 70 kg на их задней части в обслуживании или вне на патруле, и довольно много который вес батареи. Фактически, много замены для батарей которые в оборудовании уже. Так если вы можете сделать батареями последнее длиннее, то, они могут остаться вне для более длиной, носят больше еды, больше боеприпасыа.

Настолько реальные преимущества если вы можете уменьшить нагрузку от скрытой энергии, то они должны снести вокруг с ими. И вы можете начать сделать некоторые действительно exciting вещи также, если вы вычисляете по маштабу вниз от того к более локализовать поколению энергии. Например, датчику, который смог просматривать для химических нападений или других опасностей, смог быть приведен в действие малым термоэлектрическим правом прибора рядом с им, поэтому вами не нужно продеть нитку кабели от блока батарей для того чтобы привести его в действие.

WS: Насколько течения смогла портативная термоэлектрическая система возможно произвести?

RD: Хорошо он зависит как больш блок, как раз как с фотоэлементы. С фотоэлементами мы обычно говорим о «силе на квадратный метр», и точно также обстоит дел с thermoelectrics - больш область над которой оно работает, больше сила оно производит. Так возможность ударить такой же вид уровней которые мы видим от фотоэлементов - около 100 mW/cm2.

Однако, с термоэлектрическими системами, сила которой вы производите также увеличения с разницой в температуры. Так вы смогли иметь обширный район работать на малой разнице в температуры - для того чтобы сказать комнатную температуру к температуре тела воина, разнице в около 16 °C.

Альтернативно, вы смогли иметь более малую, преданную солнечную absorbing зону которая нагрюет вверх с подвержением к солнечному свету. Даже в Cranfield в Март, управляемом для того чтобы нагреть некоторый солнечный absorbing материал до °C 70 или 80 как раз путем сидеть оно на windowsill в офисе. Так, что дает вам разницу в температуры °C 60, и тому смогите начать получить вас ближе к 10's или 100 mW/cm2, которое полезное количество силы.

WS: Сколько времени вы думаете оно находитесь прежде чем мы начинаем увидеть личные технологии поколения энергии в продуктах потребления, так же, как в воинском участке?

RD: Вероятно меньше времени чем вы думает. В воинской окружающей среде, если она ломает, то вы там серьезные реперкуссии, поэтому приборам нужно быть разные виды робастных и withstand окружающих сред чем они могли быть для вольнонаемных применений. И действительно холодная вещь для поручая устройств - как раз думающ о сколько людей устройств имеют и носят вокруг, разрешение игрушки типичного «мальчика» для держать их совсем поручено для более длиной. Так, что рынок будет голоден для рынкдобросердечного применения.

Оперируя понятиями что идет прийти во-первых, воиска или коммерческие применения, Я не хотел был бы положить любые деньги на его. Я могу увидеть что очень ясные воинские применения, но также много сильные коммерчески области, поэтому Я думал они появится на приблизительно тот же самое время. Как для вида пяди времени, мы начинаем видеть приходить продуктов близко-к-рынка он-лайн уже, поэтому он очень далеко не отсутствующий. Однако, они основаны на обычных технологиях - существуя термоэлектрических материалах которые нет то nanostructured на всех. Они интегрируются с варить оборудование для располагаться лагерем, например, где большие температурные градиенты доступны. Настолько вещество вне там уже, но вероятно будет другой парой лет прежде чем мы увидим nano сторону его появляясь.

WS: Что некоторые из следующих больших прорывов что мы увидим, что люди работали дальше в N/A?

RD: Одна из действительно exciting вещей пробует получить эти вещи интегрировано в тканья и ткани, поэтому они будут частью системы - мы говорящ о иметь matchbox-определенную размер вещь не шьемся к стороне вашего пальто, эти вещи стали бы неотъемлемой частью одежды.

Так, вы можете представить, для воинов, его стали бы частью их рюкзака, например - очень ткань что их рюкзак сделан от была бы активным термоэлектрическим элементом. Так вы снова пробуете уменьшить полный вес который воин носит вокруг, и поставить польностью интегрированный пакет.

И то серьёзный вызов - пробовать сделать эти вещи на плоском субстрате как часть кремния трудный достаточно. Пробующ для того чтобы сделать ее на структуре 3D, сплетенная структура очень exciting.

WS: Что воодушевило вас начать работать на термоэлектрических материалах и других личных технологиях поколения энергии?

RD: Я научный работник материалов путем тренировка, и активные nanomaterials всегда exciting область, котор нужно работать внутри. Принципиальная схема работы на личном поколении энергии в частности пришла около от нескольких различных вещей.

Отчасти было фрустрацией от делать серии перемещать, и иметь батареи телефона работаемые вне на самом неурочном моменте, никогда не имеющ поручая пункт на авиапорте, или имеющ тип скручивать штепсельной вилки.

После Этого Я прочитал некоторые статьи на как радиосвязи превращались в Африке - они как раз пропускали вне всю вещь назеиной линии, и шли прямо к черням. Число передвижных пользователей в Африке как раз staggering, и оно более высоко чем в Европе или Америке, потому что мы все еще имеем назеиные линии. Они пропустили вне ту всю принципиальную схему класть в фикчированное зодчество для телефонов, и то получило меня думая - смогли мы как раз пропустить вне принципиальную схему класть в фикчированное зодчество для распределения силы?

Даже в ВЕЛИКОБРИТАНИИ и Европе, где мы имеем Национальную Решетку которая соединена везде, она действительно не оденет наши активные образы жизни больше. Даже в офисе, вы можете иметь гнезда силы в стене рядом с вашим столом, но если ваш стол в середине большого офиса, то получать силу к ему можете все еще быть довольно трудны - и то как раз в вашем офисе, с силой предположительно везде.

И оно как раз получает более крепко по мере того как вы выходите здание и идете снаружи - получать силу на движении довольно трудный. После Этого вне города, в сельских окрестностях, сила определенно нет всегда вокруг. И это все в развитой стране с инфраструктурой силы.

Так Я думаю что реальный рынок для силы на ватте к ряду киловатта - достаточно для служения индивидуалов или домочадца, возможно соединяя вверх и приводя село в действие.

Действительно вид «вверх ногами» подхода, котор нужно привести в действие - который очень соотвествующий когда мы говорим о нанотехнологии и «вверх ногами» изготовлять!

О Профессоре Роберте Dorey

Роберт Dorey держит Стул в Nanomaterials на Университете Cranfield, и часть Поверхностного Института Науки и Нанотехнологии. Он водит исследовательскую группу независимых научно-исследовательских работ на nano и microtechnology в энергии и окружающей среде. Его научная работа исследует 3 взаимосвязанных темы:

  • Личные разрешения поколения энергии основанные на функциональных материалах и приборах включая твердые материалы отсеков топливного бака окиси, термоэлектрических, ferroelectric, pyroelectric и пьезоэлектрических.
  • Относящие К Окружающей Среде и структурные датчики контроля здоровья
  • В Отношении К Окружающей Среде содружественные обрабатывая трассы для уменьшая использования энергии, материала и химиката.


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

Last Update: 16. February 2013 16:47

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit