अनमेल मिश्र उच्च प्रदर्शन शीतलक उपकरण के भविष्य के विकास के लिए एक अच्छा मिलान

Published on January 26, 2010 at 6:11 PM

दुनिया के सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर की कुछ रोजगार, पर वैज्ञानिकों लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला से पता चला है कि बेमेल मिश्र उच्च प्रदर्शन उपकरणों thermoelectric के भविष्य के विकास के लिए एक अच्छा मैच रहे हैं . Thermoelectrics उनके लिए बिजली में गर्मी में परिवर्तित करने की क्षमता की वजह से हरी ऊर्जा उत्पादन के लिए भारी क्षमता पकड़ो.

कंटूर HMAs (क) 3.125 प्रतिशत ऑक्सीजन परमाणु के अलावा द्वारा जस्ता selenide से बनाया, और (ख) 6.25 प्रतिशत ऑक्सीजन में राज्यों के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व दिखा भूखंडों. जिंक और सेलेनियम परमाणुओं हल्के नीले और नारंगी में दिखाए जाते हैं. ऑक्सीजन परमाणुओं (गहरे नीले रंग) उच्च इलेक्ट्रॉनिक घनत्व क्षेत्रों से घिरे रहे हैं. (छवि Junqiao वू द्वारा प्रदान)

"फ्रैंकलिन" क्रे XT4 व्यापक समानांतर प्रसंस्करण राष्ट्रीय ऊर्जा अनुसंधान वैज्ञानिक कम्प्यूटिंग (NERSC) केंद्र, द्वारा संचालित प्रणाली से पता चला संगणना पर प्रदर्शन किया है कि अत्यधिक बेमेल मिश्र (HMAs) के रूप में जाना जाता है अर्धचालक के एक अद्वितीय वर्ग में ऑक्सीजन अशुद्धियों की शुरूआत काफी कर सकते हैं विद्युत चालकता में प्रथागत गिरावट के बिना इन सामग्रियों के thermoelectric प्रदर्शन को बढ़ाने.

", हम सस्ती, प्रचुर मात्रा में, गैर विषैले सामग्री जिसमें बैंड संरचना व्यापक रूप से अधिक से अधिक thermoelectric दक्षता के लिए देखते जा सकते हैं भविष्यवाणी कर रहे हैं" Junqiao वू, बर्कले लैब सामग्री विज्ञान डिवीजन के साथ एक भौतिक विज्ञानी और UC बर्कले विभाग के प्रोफेसर कहते हैं सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग जो इस शोध का नेतृत्व किया.

", विशेष रूप से, हम दिखा दिया है कि HMAs में मिश्र धातु घटक के इलेक्ट्रॉनिक लहर कार्यों के संकरण यह विद्युत चालकता, जो पारंपरिक thermoelectric सामग्री के लिए मामला नहीं है की बहुत कमी के बिना संभव thermopower बढ़ाने के लिए बनाता है," वे कहते हैं.

इस काम पर वू के साथ सहयोग Joo Hyoung ली और जेफरी ग्रॉसमैन दोनों अब मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में थे. टीम शारीरिक समीक्षा पत्र में शीर्षक इन परिणामों पर प्रकाशित एक कागज "अति अनमेल Isoelectronic डोपिंग के साथ शीतलक पावर फैक्टर बढ़ाना."

Seebeck प्रभाव और हरित ऊर्जा

1821 में, जर्मन ऐस्तोनियन् भौतिक विज्ञानी थॉमस जोहान Seebeck ने कहा है कि एक धातु पट्टी के दोनों सिरों के बीच एक तापमान अंतर के बीच में सीधे तापमान अंतर के लिए आनुपातिक वोल्टेज होने के साथ एक बिजली के वर्तमान बनाया. इस घटना Seebeck thermoelectric प्रभाव के रूप में जाना जाता हो गया और यह कैप्चरिंग और बिजली में परिवर्तित गर्मी के विशाल मात्रा के कुछ अब टरबाइन संचालित विद्युत शक्ति का उत्पादन में खो दिया जा रहा करने के लिए महान वादा धारण. के लिए इस गर्मी खो reclaimed हो, तथापि, thermoelectric दक्षता में काफी सुधार किया जाना चाहिए.

"अच्छा thermoelectric सामग्री उच्च thermopower, उच्च विद्युत चालकता, और कम तापीय चालकता होना चाहिए" वू कहते हैं. "Thermoelectric प्रदर्शन में संवर्धन nanostructuring माध्यम से थर्मल चालकता को कम करने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. हालांकि, बढ़ती thermopower से बढ़ रही है प्रदर्शन के लिए मुश्किल साबित कर दी है क्योंकि thermopower में वृद्धि आम तौर पर बिजली चालकता में कमी की कीमत पर आ गया है. "

इस पहेली के चारों ओर पाने के लिए, वू और उनके सहयोगियों ने HMAs, सामग्री की एक असामान्य नया वर्ग के विकास के बर्कले लैब सामग्री विज्ञान प्रभाग, Wladyslaw Walukiewicz के साथ एक भौतिक विज्ञानी के नेतृत्व में किया गया है जिसका बदल गया. HMAs कि वैद्युतीयऋणात्मकता, जो उनके इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने की क्षमता का एक माप है के मामले में अत्यधिक बेमेल मिश्र से गठन कर रहे हैं. अत्यधिक निद्युत isoelectronic आयनों के साथ anions के आंशिक प्रतिस्थापन बनाना HMAs गुण जिसका केवल डोपिंग की एक छोटी राशि के साथ नाटकीय रूप से बदल सकते हैं करने के लिए यह संभव बनाता है. Anions नकारात्मक परमाणुओं चार्ज किया जाता है और isoelectronic आयनों विभिन्न तत्वों है कि समान इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है.

"HMAs में बहुमत घटक और एक मजबूत बैंड पुनर्गठन में अल्पसंख्यक घटक परिणामों के स्थानीयकृत राज्यों की विस्तारित राज्यों, राज्यों और मूल बैंड संरचना में नए उप बैंड के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व में चोटियों के लिए अग्रणी के बीच संकरण," वू कहते हैं. "बढ़ाया इन उप बैंड में संकरित राज्यों के कारण, उच्च विद्युत चालकता मिश्र धातु बिखरने के बावजूद काफी हद तक बनाए रखा है."

उनके सैद्धांतिक काम में, वू और उनके सहयोगियों ने पता चला है कि इलेक्ट्रॉनिक संरचना इंजीनियरिंग के इस प्रकार के बहुत thermoelectricity के लिए फायदेमंद हो सकता है है. अर्धचालक जस्ता selenide के साथ काम करते हुए, वे ऑक्सीजन के परमाणुओं के दो पतला सांद्रता (3.125 और 6.25 प्रतिशत क्रमशः) मॉडल HMAs बनाने के नकली परिचय. दोनों ही मामलों में, ऑक्सीजन अशुद्धियों प्रवाहकत्त्व बैंड न्यूनतम ऊपर राज्यों के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व में चोटियों को प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है. यह भी दिखाया गया था कि राज्य चोटियों के घनत्व के पास चार्ज घनत्व काफी अत्यधिक निद्युत ऑक्सीजन परमाणुओं की ओर आकर्षित कर रहे थे.

वू और उनके सहयोगियों ने पाया कि अनुकार परिदृश्यों के प्रत्येक के लिए, राज्यों के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व में अशुद्धता प्रेरित चोटियों दोनों thermopower और बिजली चालकता के एक ऑक्सीजन मुक्त जस्ता selenide की तुलना में "तेजी से वृद्धि" में हुई. वृद्धि कारकों द्वारा क्रमश: 30 और 180 के थे.

वू कहते हैं, "इसके अलावा, इस आशय के लिए अनुपस्थित हो सकता है जब अशुद्धता वैद्युतीयऋणात्मकता मेजबान है कि यह विकल्प, मैच पाया जाता है". "ये परिणाम सुझाव है कि अत्यधिक वैद्युतीयऋणात्मकता बेमेल मिश्र उच्च प्रदर्शन thermoelectric अनुप्रयोगों के लिए डिजाइन किया जा सकता है है."

वू और अपने शोध समूह अब के लिए वास्तव में शारीरिक परीक्षण के लिए प्रयोगशाला में HMAs synthesize करने के लिए काम कर रहे हैं. ऊर्जा है कि अब बर्बाद किया जा रहा है है पर कब्जा करने के अलावा, वू का मानना ​​है कि HMA आधारित thermoelectrics भी ठोस राज्य ठंडा, जिसमें एक thermoelectric डिवाइस के लिए अन्य उपकरणों या सामग्री को शांत करने के लिए प्रयोग किया जाता है के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

"शीतलक कूलर पारंपरिक प्रशीतन प्रौद्योगिकी से अधिक लाभ है कि वे नहीं चलती भागों है, कम रखरखाव, और एक बहुत छोटे स्थानिक पैमाने पर काम करने की जरूरत है," वू कहते हैं.

यह परियोजना बर्कले लैब प्रयोगशाला निर्देशित अनुसंधान और विकास कार्यक्रम के अंतर्गत समर्थित किया गया था.

Last Update: 10. October 2011 01:31

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit