Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

不匹配的合金高性能热电设备的将来的发展的好符合

Published on January 26, 2010 at 6:11 PM

雇用某些世界的最强大的巨型计算机,科学家在劳伦斯伯克利国家实验室向显示不匹配的合金是好对手对于高性能热电设备的将来的发展。 在绿色发电的 Thermoelectrics 暂挂极大潜在于他们的对白热的能力到电里。

等高密谋显示电子密度状态在 HMAs 从锌硒化物创建了由 (a) 3.125 百分比氧原子和 (b) 6.25% 的添加氧气。 锌和硒原子在浅兰和橙色显示。 氧原子 (深蓝) 由高电子密度地区包围。 (Junqiao 提供的图象吴)

在 “富兰克林大量执行的计算”,国家能源研究科学计算中心管理的 Cray XT4 并行处理系统 (NERSC),向显示氧气杂质的简介到叫作高度不匹配的合金的半导体里唯一选件类 (HMAs)可能充分地提高这些材料热电性能,不用在电传导性的习惯的降低。

“我们预测带状组织可以为最大的热电效率广泛调整耗费小,丰富,无毒材料的范围”,说有伯克利实验室的材料学分部的 Junqiao 吴、物理学家和教授有导致此研究材料学和工程的加州大学伯克利分校的部门的。

“特别地,我们有显示合金组成部分的电子波函数的杂交在 HMAs 使成为可能提高 thermopower,不用电传导性的减少,不是常规热电材料的盒”,他说。

与此工作的吴合作现在 Joo-Hyoung 李和杰费 Grossman,两个在麻省理工学院。 这个小组发表了在这些结果的一篇论文在题为的实际复核信函, “提高与高度不匹配的等电子掺杂的热电功率因素”。

Seebeck 作用和绿色能源

在 1821年,这个德国爱沙尼亚语物理学家托马斯约翰 Seebeck 观察金属棒之间的二个末端的一个温度区别中间创建了电流,当电压是正比例的对温度区别。 此现象出名, Seebeck 温差电效应和它拥有获取和转换的成电在电能的涡轮主导的生产热现在丢失的某些巨大承诺巨大数额。 对能将恢复的此失去的热,然而,必须显著改进热电效率。

“好热电材料应该有高 thermopower,高电传导性,并且低导热性”,吴说。 “在热电性能的改进可以通过减少导热性达到通过 nanostructuring。 然而,增长的性能通过增加 thermopower 证明困难,因为在 thermopower 的一个增量典型地来以在电传导性的减少为代价”。

要避过此难题,吴和他的同事转向 HMAs,发展由有伯克利实验室的材料学分部的另一个物理学家导致材料的异常的新的选件类, Wladyslaw Walukiewicz。 HMAs 从高度不匹配根据鲍林标度,是他们的能力评定吸引电子的合金被形成。 阴离子的部分替换与高度电阴性的等电子的离子的使成为可能制造属性可以显著修改与少量只掺杂的 HMAs。 阴离子是带负电荷的原子,并且等电子的离子是有相同的电子配置的不同的要素。

“在 HMAs,在多数人要素的延长的状态和少数民族组件结果的局限化的状态的之间杂交在一个严格的范围更改结构的,导致在电子密度的峰顶状态和在原始带状组织的新的子范围”,吴说。 “由于延长的状态杂交到这些子范围,高电传导性主要被维护竟管合金分散”。

在他们理论上的工作,吴和他的同事发现此种电子结构工程可以非常地是有利的为热电。 与半导体锌硒化物一起使用,他们模拟氧原子 (各自 3.125 和 6.25% 的二稀释浓度的简介) 创建模型 HMAs。 在两种情况下,氧气杂质显示导致在电子密度的峰顶在传导带最小数量上的状态。 也显示在密度的电荷密度状态峰顶附近充分地被吸引了往高度电阴性的氧原子。

吴和他的同事发现为其中每一个模拟方案,在电子密度的杂质诱发的峰顶状态导致 “猛增” thermopower,并且电传导性与无氧的锌硒化物比较了。 增量分别为由系数 30 和 180。

“此外,发现此作用缺少的,当杂质鲍林标度符合它替代时的主机”,吴说。 “这些结果建议高度鲍林标度不匹配的合金可以为高性能热电应用设计”。

吴和他的研究小组在实验室里现在工作实际上综合实际测试的 HMAs。 除获取现在浪费的能源之外,吴相信基于 HMA 的 thermoelectrics 可能为固体冷却也使用,热电设备用于冷却其他设备或材料。

“热电致冷机有好处超过常规冷藏技术他们没有运动机件,需要一点维护,并且在一个更小的空间的缩放比例的工作”,吴说。

此项目被支持根据伯克利实验室的实验室处理的研究与开发程序。

Last Update: 13. January 2012 03:28

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