Wissenschaftler haben dass eine Klasse Materialien entdeckt, die Bekehrte Wärme zum Strom bekannt sind und vice versa ziemlich unerwartet am nanoscale in Erwiderung auf Temperaturschwankungen benehmen.
Die Entdeckung - beschrieben im Punkt Am 17. Dezember 2010 der Wissenschaft - ist ein neuer „Gegenüberliegendrichtung“ Phasenübergang, dem Hilfen die starke thermoelektrische Antwort dieser Materialien erklären. Sie hilft möglicherweise auch Wissenschaftlern, anderes nützliches thermoelectrics zu kennzeichnen und könnte ihre Anwendung fördern, wenn sie die Energie erfassen, die als Wärme zum Beispiel im Automobil- und Fabrikabgas verloren ist.
Die Wissenschaftler - von der US-Abteilung von das Brookhaven- (DOE)Nationalem Laboratorium der Energie, von Universität von Columbia, von Argonne-Nationalem Laboratorium, von Los Alamos Nationalem Laboratorium, von Northwestern-Universität und von Schweizer BundesFachhochschule - Studierten Leitungskabel chalcogenides (das Leitungskabel zusammengepaßt mit Tellur, Selen oder Schwefel) unter Verwendung der eben erhältlichen experimentellen Techniken und der theoretischen Anflüge, die sie „erlauben, sehen“ und vorbildliches Verhalten von einzelnen Atomen am nanoscale oder im Auftrag der Billionste eines Meters. Mit jenen Hilfsmitteln waren sie in der Lage, subtile Änderungen in den Atomvorbereitungen zu beobachten, die an den herkömmlichen Fühlern der Zelle unsichtbar sind.
Um den Phasenübergang zu verstehen denken die Wissenschaftler, die beobachtet werden, an die tägliche Antwort eines Gases wie der Dampf, der abkühlt um flüssiges Wasser zu bilden und dann einfriert um festes Eis zu bilden. In jedem Fall machen die Atome irgendein Formular der strukturellen Neuordnung durch, erklären Simon Billinge, ein Physiker an Brookhaven-Labor und die Ingenieurschule und die Angewandte Wissenschaft der Universität von Columbia und einen führenden Autor auf dem Wissenschaftspapier.
„Manchmal, führt das weitere Abkühlen zu weitere strukturelle Übergänge: Atome im Kristall ordnen um oder werden verlegt, um die Gesamtsymmetrie zu senken,“ Billinge sagt. Die Entwicklung solcher lokalisierten Atomverzerrungen nach dem Abkühlen ist normal, sagt er. „Was wir in Leitungskabel chalcogenides entdeckten, das gegenüberliegende Verhalten ist: Bei der sehr niedrigsten Temperatur gab es keine Atomdistanzadressen, nichts - aber beim Aufwärmen, erscheinen Distanzadressen!“
Die Techniken die Wissenschaftler, die verwendet wurden, um diesen nanoscale Atomvorgang zu beobachten, waren die High-Techen Versionen der Röntgenstrahlvision, unterstützt durch mathematische und Computeranalyse der Ergebnisse. Zuerst wurden die Leitungskabelmaterialien in einer gereinigten Pulverform an der Northwestern-Universität gemacht. Dann bombardierten die Wissenschaftler die Proben mit zwei Arten Träger - Röntgenstrahlen an der Hoch entwickelten Photon-Quelle bei Argonne und Neutronen in der Lujan-Neutron-ZerstreuenMitte bei Los Alamos. Detektoren erfassen Informationen über, wie diese Träger weg von der Probe zerstreuen, um Beugungsmuster zu produzieren, die Stellungen und Vorbereitungen für die Atome anzeigen. Weitere mathematische und Computeranalyse der Daten unter Verwendung der Computerprogramme, die bei Brookhaven und bei Kolumbien entwickelt wurden, erlaubte den Wissenschaftlern, zu formen und zu übersetzen, was auf dem Atomniveau über einer Reichweite der Temperaturen geschah.
Brookhaven-Physiker Emil Bozin, erster Autor auf dem Papier, war der erste, zum des sonderbaren Verhaltens in den Daten zu beachten, und er arbeitete hartnäckig, um es zu prüfen, neuer etwas und kein Datenartefakt dass waren. „Wenn wir gerade die durchschnittliche Zelle betrachtet hatten, würden wir nie diesen Effekt beobachtet haben. Unsere Analyse von AtompaarVerteilungsfunktionen gibt uns eine viel lokalere Ansicht - den Abstand von einem bestimmten Atom zu seinen nächsten Nachbarn - eher, als gerade der Durchschnitt,“ Bozin sagt. Die ausführliche Analyse deckte auf, dass, als der materielle erhaltene Wärmer, diese Abstände auf einer kleinen Schuppe änderten - ungefähr 0,025 nm - anzeigend, dass einzelne Atome verlegt wurden.
Die Wissenschaftler haben eine Animation das Auftauchen dieser Distanzadressen nach Heizung darstellen gelassen. In ihr werden die Distanzadressen durch Pfeile dargestellt, um die ändernden Orientierungen der Atome anzuzeigen, während sie hin und her leicht schlagen, oder schwanken, wie kleine Dipole.
Nach Ansicht der Wissenschaftler ist es dieses gelegentliche leicht schlagende Verhalten, das zur Fähigkeit der Materialien zur Bekehrten Wärme in Strom Schlüssel ist.
„Die nach dem Zufall leicht schlagenden Dipole behindern die Bewegung der Wärme durch das Material auf beinahe gleiche Art und Weise, dass sich zu bewegen ist schwieriger, durch ein ungeordnetes Holz, als ein geordneter Apfelgarten, in dem die Bäume in den Reihen ausgerichtet werden,“ sagt Billinge. „Diese niedrige Wärmeleitfähigkeit erlaubt, dass ein großer Temperaturgradient über der Probe aufrechterhalten wird, die ist entscheidend zu den thermoelektrischen Eigenschaften.“
Wenn eine Seite des Materials mit Wärme in Berührung kommt - sagen Sie, in der Abgasanlage von einem Motor- die Steigung veranlaßt Ladungsträger im thermoelektrischen Material (z.B., Elektronen) um von der heißen Seite zur kalten Seite zu diffundieren. Das Erfassen dieses thermisch verursachten elektrischen Stroms konnte die „überschüssige“ Wärme zum Gebrauch setzen.
Diese Forschung hilft möglicherweise Wissenschaftlern, nach anderen thermoelektrischen Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften zu suchen, da sie die gute thermoelektrische Antwort zum Bestehen von schwankenden Dipolen verbindet.
„Unser nächster Schritt wird nach neuen Materialien suchen, die diesen neuen Phasenübergang zeigen, und andere strukturelle Unterzeichnungen für dieses Verhalten finden,“ sagte Billinge. „Die neuen Hilfsmittel, die uns erlauben, nanoscale Zellen zu prüfen, sind zu dieser Forschung wesentlich.
„Solche Studien von komplexen Materialien am nanoscale halten die Taste zu vielen der formend technologischen Durchbrüche, die wir suchen, Probleme in der Energie zu lösen, der Gesundheit und der Umgebung.“ an
Quelle: http://www.bnl.gov/