Los Científicos han descubierto que una clase de los materiales sabidos al calor de convertido a la electricidad y vice versa se comportan muy inesperado en el nanoscale en respuesta a cambios en temperatura.
El descubrimiento - descrito en la aplicación del 17 de diciembre de 2010 la Ciencia - es una nueva transición de fase de la “opuesto-dirección” que las ayudas explican la reacción termoeléctrica fuerte de estos materiales. Puede también ayudar a científicos a determinar el otro thermoelectrics útil, y podría fomentar su aplicación en la captura de la energía perdida como calor, por ejemplo, en extractor automotor y de la fábrica.
Los científicos - del Ministerio de los E.E.U.U. de Laboratorio (DOE) Nacional de Brookhaven de la Energía, Universidad de Columbia, Laboratorio Nacional de Argonne, Laboratorio Nacional de Los Alamos, Universidad Northwestern, y Instituto de Tecnología Federal Suizo - estudiaban los chalcogenides del terminal de componente (terminal de componente emparejado con telurio, selenio, o azufre) usando las técnicas experimentales nuevamente disponibles y las aproximaciones teóricas que las permiten “ven” y el comportamiento modelo de átomos individuales en el nanoscale, o por orden de billionths de un contador. Con esas herramientas podían observar cambios sutiles en las ordenaciones atómicas invisibles a las antenas convencionales de la estructura.
Para entender la transición de fase los científicos observados, piensan en la reacción diaria de un gas como el vapor que enfría para formar el agua líquida, y después congelando para formar el hielo sólido. En cada caso, los átomos experimentan un cierto formulario del cambio estructural, explican a Simon Billinge, físico en el Laboratorio de Brookhaven y la Escuela de la Universidad de Columbia de la Ingeniería y Ciencia Aplicada y autor importante en el papel de la Ciencia.
“A Veces, el enfriamiento adicional llevará a otras transiciones estructurales: Los Átomos en el cristal cambian o se dislocan para bajar la simetría total,” Billinge dice. El revelado de tales distorsiones atómicas localizadas sobre el enfriamiento es normal, él dice. “Qué descubrimos en chalcogenides del terminal de componente es el comportamiento opuesto: En la temperatura muy más baja, no había dislocaciones atómicas, nada - pero al calentarse, las dislocaciones aparecen!”
Las técnicas los científicos usados para observar esta acción atómica del nanoscale eran versiones de alta tecnología de la visión de la radiografía, ayudadas por el análisis computarizado matemático y de los resultados. Primero los materiales del terminal de componente fueron hechos en un formulario purificado del polvo en la Universidad Northwestern. Entonces los científicos bombardearon las muestras con dos clases de los haces - radiografías en la Fuente Avanzada del Fotón en Argonne y neutrones en el Centro el Dispersar de Neutrón de Lujan en Los Alamos. Los Detectores recopilan la información sobre cómo estos haces dispersan de la muestra para producir los modelos de difracción que indican posiciones y las ordenaciones de los átomos. El análisis matemático y de cómputo Adicional de los datos usando los programas de computadora desarrollados en Brookhaven y Columbia permitió que los científicos modelaran e interpretaran qué suceso en el nivel atómico sobre un rango de temperaturas.
El físico Emilio Bozin, primer autor de Brookhaven en el papel, era el primer para notar el comportamiento impar en los datos, y él trabajó tenaz para probarlo que eran algo nuevo y no un artefacto de los datos. “Si acabábamos de observar la estructura media, nunca habríamos observado este efecto. Nuestro análisis de las funciones de distribución atómicas de pares nos da una visión mucho más local - la distancia a partir de un átomo determinado a sus vecinos más cercanos - bastante que apenas el promedio,” Bozin dice. El análisis detallado reveló que, como el calentador conseguido material, estas distancias cambiaban en una escala minúscula - cerca de 0,025 nanómetros - que indicaba que los átomos individuales se dislocaban.
Los científicos han hecho una animación para ilustrar la aparición de estas dislocaciones sobre la calefacción. En ella, las dislocaciones son representadas por las flechas para indicar las orientaciones cambiantes de los átomos como mueven de un tirón hacia adelante y hacia atrás, o fluctúan, como dipolos minúsculos.
Según los científicos, es este comportamiento que mueve de un tirón al azar que es dominante a la capacidad de los materiales al calor de convertido en electricidad.
“Los dipolos aleatoriamente que mueven de un tirón impiden el movimiento del calor a través del material más o menos de la misma manera que es más difícil moverse a través de una madera desordenada que un manzanar ordenado en donde los árboles se alinean en filas,” Billinge dice. “Esta conductividad térmica inferior permite que un gradiente de temperatura grande sea mantenido a través de la muestra, que es crucial a las propiedades termoeléctricas.”
Cuando una cara del material entra en contacto con calor - diga, en el dispositivo de escape de un automotriz el gradiente hará ondas portadoras en el material termoeléctrico (e.g., electrones) para difundir de la cara caliente a la cara fría. La Captura de esta corriente eléctrica térmicamente inducida podía poner el calor “inútil” al uso.
Esta investigación puede ayudar a científicos a explorar para otros materiales termoeléctricos con las propiedades excepcionales, puesto que conecta la buena reacción termoeléctrica a la existencia de dipolos que fluctúan.
“Nuestro paso de progresión siguiente explorará para los nuevos materiales que muestran esta transición de fase nueva, y encontrando otras firmas estructurales para este comportamiento,” Billinge dijo. “Las nuevas herramientas que permiten que sondemos las estructuras del nanoscale son esenciales para esta investigación.
“Tales estudios de materiales complejos en el nanoscale llevan a cabo el clave a muchos de los descubrimientos tecnológicos transformativos que intentamos resolver problemas en energía, de la salud, y del ambiente.”
Fuente: http://www.bnl.gov/