Forskare har upptäckt, att en klassificera av bekant material som ska konverteras värmer till elektricitet och uppför omvänt ganska oväntat på nanoscalen som svar på ändringar i temperatur.
Upptäckten - som beskrivas i December 17, 2010, utfärda av Vetenskap - är en ny ”motsats-riktning” arrangerar gradvis övergången som hjälp förklarar det starka thermoelectric svaret av dessa material. Den kan också hjälpa forskare att identifiera annan användbar thermoelectrics och kunde främja deras applikation, i tillfångatagande av borttappad energi som, värmer, till exempel i automatiskt och fabrik evakuera.
Forskarna - från U.S.-Avdelningen av Energis (DOE) Laboratoriumet för den Brookhaven Medborgare, den Columbia Universitetar, det Argonne MedborgareLaboratoriumet, det Los Alamos MedborgareLaboratoriumet, den Nordvästliga Universitetar och det Schweiziska Federala Institutet av Teknologi - studerade bly- chalcogenides (leda parat med tellurium, selenium eller svavel) som använder nyligen tillgängliga experimentella tekniker och teoretiskt, att närma sig som låter dem ”ser” och modellerar uppförande av individatoms på nanoscalen eller på beställa av billionths av en mäta. Med de bearbetar dem var kompetent att observera subtila ändringar i osynliga atom- ordningar till konventionella sonder av för att strukturera.
Att förstå arrangera gradvisövergången bevattnar de observerade forskarna funderare av det dagliga svaret av en gasanågot liknandeånga som kyler för att bilda flytande och fryser därefter för att bilda fast is. I varje fall genomgår atomsna något bildar av den strukturella rearrangementen, förklarar Simon Billinge, Skolar en fysiker på det Brookhaven Labbet och den Columbia Universitetar av att Iscensätta och Applicerad Vetenskap och en bly- författare på den pappers- Vetenskapen.
”Ibland, mer ytterligare kyla ska bly- som främjar strukturella övergångar: Atoms i kristallen organiserar om eller blir förflyttade för att fälla ned den total- symmetrin,” Billinge något att säga. Utvecklingen av sådan lokaliserade atom- distorsioner på att kyla är det normala, honom något att säga. ”Vad vi upptäckte i bly- chalcogenides är motsatsuppförandet: På den mycket lägsta temperaturen fanns det några atom- förskjutningar som var ingenting utom på värme, förskjutningar syns!”,
Teknikerna som de van vid forskarna observerar att denna atom- handling för nanoscale var kick-tech versioner av röntgenstrålevision som bistods av matematisk och datoranalys av resultaten. Först gjordes de bly- materialen i renad pudrar bildar på den Nordvästliga Universitetar. Därefter bombarderade forskarna tar prov med två sorter av strålar - röntgenstrålar på den Avancerade FotonKällan på Argonne och neutrons på den Lujan NeutronSpridningen Centrerar på Los Alamos. Avkännare samlar information om hur dessa strålar scatteren av ta prov till jordbruksprodukterdiffraction mönstrar som indikerar placerar och ordningar av atomsna. mer Ytterligare matematisk och computational analys av datan som använder dataprogram, framkallade på Brookhaven, och tillåtna Columbia forskarna som modellerar och som tolkar, vad händde på det atom-, jämnar över en spänna av temperaturer.
Den Brookhaven fysiker Emil Bozin, den första författare på det pappers-, var första som märker det udda uppförandet i datan, och han fungerade orubbligt för att bevisa det att var något som var ny och inte ett datakulturföremål. Strukturera, oss skulle aldrig har observerat detta för att verkställa, ”Om vi hade precis sett genomsnittet. Vår analys av atom- parar fördelning fungerar ger oss som en mycket mer lokal beskådar - distansera från en särskild atom till dess mest nearest grann - ganska än precis genomsnittet,” Bozin något att säga. Den specificerade analysen avslöjde att, som den materiella fångna värmeapparaten, dessa distanserar ändrade på ett mycket litet fjäll - omkring 0,025 nanometers - som indikerar att förflyttade individatoms var passande.
Forskarna har gjort en animering för att illustrera uppkomsten av dessa förskjutningar på uppvärmning. I den föreställs förskjutningarna av pilar för att indikera de ändrande riktningarna av atomsna, som de bläddrar fram och tillbaka, eller fluctuate, gillar mycket lilla dipoles.
Enligt forskarna är det detta slumpmässiga bläddrande uppförande som är nyckel- till materialens kapacitet att konvertera värmer in i elektricitet.
”Hindrar de på måfå bläddrande dipolesna rörelsen av värmer till och med det materiellt i mycket samma långt att det är svårare till flyttningen till och med ett bråkigt trä, än en ordningsam äpplefruktträdgård, var treesna ställs upp in, ror,” Billinge något att säga. ”Låter Denna låga termiska conductivity en stor temperaturlutning underhållas över ta prov, som är avgörande till den thermoelectric rekvisitan.”,
Värma - något att säga, i evakuerasystemet av en bil - När en sida av det materiellt kommer i kontakt med, lutningen ska orsakar laddningsbärare i det thermoelectric materiellt (e.g., elektroner) för att sprida ut från den hoade sidan till den kalla sidan. Tillfångatagande av denna termiskt framkallade elektriska ström kunde sätta ”det förloradt” värmer för att använda.
Denna forskning kan hjälpa forskare att söka för andra thermoelectric material med ovanlig rekvisita, sedan den anknyter det bra thermoelectric svaret till existensen av fluctuating dipoles.
”Kliver Våra nästa ska söker för nya material som visar att denna roman arrangerar gradvis övergång, och finna andra strukturella häften för detta uppförande,”, sade Billinge. ”Bearbetar det nytt som låter oss sondera nanoscale strukturerar är nödvändigt till denna forskning.
”Rymmer Sådan studier av komplexa material på nanoscalen det nyckel- till många av de transformative teknologiska genombrotten oss sökanden att lösa problem i energi, vård- och miljön.”,
Källa: http://www.bnl.gov/