Рассогласованные Сплавы Хорошая Спичка для Будущего Развития Приборов Высокой Эффективности Термоэлектрических

Published on January 26, 2010 at 6:11 PM

Использующ некоторые из суперкомпьютеров мира самых мощных, научные работники на Лаборатории Лоренса Беркли Национальной показали что рассогласованные сплавы хорошая спичка для будущего развития приборов высокой эффективности термоэлектрических. Потенциал владением Thermoelectrics преогромный для зеленого производства энергии из-за их способности к жаре новообращенного в электричество.

Контур прокладывает курс показать что электронная плотность положений в HMAs создалась от селенида цинка добавлением (a) атомов кислорода 3,125 процентов, и (b) 6,25 процентов кислорода. Атомы цинка и селена показаны в свете - синь и помераец. Атомы Кислорода (синие) окружены высокими электронными зонами плотности. (Изображение обеспеченное Junqiao Wu)

Вычисления выполненные на «Франклине,» система обработки Cray XT4 массивнейше параллельная управляемая Национальным Центром Энергитических Разработок Научным Вычисляя (NERSC), показанным что введение примесей кислорода в уникально тип полупроводников известных как сильно рассогласованные сплавы (HMAs) может существенно увеличить термоэлектрическое представление этих материалов без привычного ухудшения в электрической проводимости.

«Мы предсказываем ряд недорогих, обильных, нетоксических материалов в которых лентообразную структуру можно широко настроить для maximal термоэлектрической эффективности,» говорим Junqiao Wu, физика с Разделением Наук Материалов Лаборатории Беркли и профессора с Отделом UC Berkeley Науки и Инджиниринга Материалов который вел это исследование.

«Специфически, мы имеем показано что гибридизация электронных волновых функций составов сплава в HMAs делает ее возможным увеличить thermopower без много уменьшения электрической проводимости, которая нет материалов аргументы за обычных термоэлектрических,» его говорим.

Сотрудничали с Wu на этой работе Joo-Hyoung Ли и Джеффри Grossman, оба теперь на Массачусетсском институте. Команда опубликовала бумагу на этих результатах в Физических озаглавленных Письмах Просмотрения, «Увеличивающ Термоэлектрический Фактор Силы с Сильно Рассогласованный Изоэлектронный Давать Допинг.»

Влияние Seebeck и Зеленая Энергия

В 1821, Немецк-Эстонский физик Томас Johann Seebeck наблюдал что разница в температуры между 2 концами адвокатского сословия металла создала электрическое течение in-between, при напряжение тока тока прямо-пропорционален к разнице в температуры. Это явление стало известным по мере того как влияние и оно Seebeck термоэлектрическое держат большой посыл для захватывать и преобразовывать в электричество некоторое из более обширного количества жары теперь будучи терянными в турбин-управляемой продукции электропитания. Для этой потерянной жары, котор нужно исправить, однако, термоэлектрическую эффективность необходимо значительно улучшить.

«Хорошие термоэлектрические материалы должны иметь высокое thermopower, высокую электрическую проводимость, и низкая термальная проводимость,» говорит Wu. «Повышение в термоэлектрическом представлении может быть достигано путем уменьшение термальной проводимости через nanostructuring. Однако, увеличивая проведение путем увеличивать thermopower доказывало трудную потому что увеличение в thermopower типично приходило за счет уменшение в электрической проводимости.»

Для того чтобы получить вокруг этой головоломки, Wu и его коллегаы повернули к HMAs, необыкновенному новому классу материалов развитие которых было водить другим физиком с Разделением Наук Материалов Лаборатории Беркли, Wladyslaw Walukiewicz. HMAs сформировано от сплавов которые сильно рассогласованы оперируя понятиями electronegativity, который измерение их способности привлечь электроны. Частично замена анионов с сильно электроотрицательными изоэлектронными ионами делает ее возможным изготовить HMAs свойства которого можно драматически изменить с только небольшим количеством давать допинг. Анионы отрицательно - порученные атомы и изоэлектронные ионы различные элементы которые имеют идентичные электронные конфигурации.

«В HMAs, гибридизации между выдвинутыми положениями компонента большинства и локализованными положениями результатов несовершеннолетия компонентных в сильном restructuring диапазона, водя к пикам в электронной плотности положений и новым sub диапазонам в первоначально лентообразной структуре,» Wu говорит. «Вследствие выдвинутых положений гибридизированных в эти sub диапазоны, высокая электрическая проводимость в большинстве поддержана несмотря на разбрасывать сплава.»

В их теоретической работе, Wu и его коллегаы открыли что этот тип инженерства электронной структуры может быть значительно полезн для термоелектричества. Работающ с селенидом цинка полупроводника, они сымитировали введение 2 разбавленных концентраций атомов кислорода (3,125 и 6,25 процентов соответственно) для того чтобы создать модельное HMAs. В оба случая, были показаны, что навели примеси кислорода пики в электронной плотности положений над минимумом зоны проводимости. Также было показано что плотности обязанности около плотности пиков положения существенно были привлечены к сильно электроотрицательным атомам кислорода.

Wu и его коллегаы нашли что для каждого из сценариев имитации, примес-наведенные пики в электронной плотности положений привели к в «резком возрастании» и thermopower и электрическая проводимость сравнила к бескислородному селениду цинка. Увеличения были факторами 30 и 180 соответственно.

«Furthermore, найдены, что будет это влияние отсутствующим когда electronegativity примеси соответствует хозяину который он заменяет,» Wu говорит. «Эти результаты предлагают что сильно electronegativity-рассогласованные сплавы можно конструировать для применений высокой эффективности термоэлектрических.»

Wu и его исследовательская группа теперь работают фактически для того чтобы синтезировать HMAs для физического испытания в лаборатории. В дополнение к захватывать энергию которая теперь расточительствуется, Wu верит что HMA-основанное thermoelectrics можно также использовать для полупроводниковый охлаждать, в котором термоэлектрический прибор использован для того чтобы охладить другие приборы или материалы.

«Термоэлектрическим охладителям имеют преимущества над обычной технологией рефрижерации в что они не имеют никакие двигающие части, нужно меньшее обслуживание, и работа на гораздо малее пространственном маштабе,» Wu говорит.

Этот проект был поддержан под Программой Исследований и Разработок Лаборатории Беркли Сразу Лабораторией.

Last Update: 13. January 2012 08:00

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