Siyentipiko may natuklasan na ang isang klase ng mga materyales na kilala sa convert ang init sa koryente at vice versa behaves hindi inaasahan sa nanoscale sa tugon sa mga pagbabago sa temperatura.
Ang pagtuklas na inilarawan sa Disyembre 17, 2010, isyu ng Science - ay isang bagong "kabaligtaran-direksyon" phase transition na tumutulong na ipaliwanag ang mga strong thermoelectric tugon ng mga materyales na ito. Maaari rin nitong matulungan ang mga siyentipiko na makilala ang mga iba pang mga kapaki-pakinabang thermoelectrics, at maaaring karagdagang ang kanilang aplikasyon sa pagkuha ng enerhiya na nawala bilang init, halimbawa, sa automotiw at pabrika maubos.
Ang mga siyentipiko - mula sa ang US Kagawaran ng Enerhiya ng (Doe) Brookhaven Pambansang Laboratory, Columbia University, Argonne Pambansang Laboratory, Los Alamos Pambansang Laboratory, Northwestern University, at ang Swiss Federal Institute of Technology - ay aaral lead chalcogenides (lead ipares sa teluriyum, siliniyum , o sulfur) gamit ang mga bagong magagamit na mga experimental pamamaraan at panteorya mga pamamaraan na nagpapahintulot sa kanila na "tingnan" at pag-uugali ng modelo ng mga indibidwal atoms sa nanoscale, o sa pagkakasunud-sunod ng mga billionths ng isang metro. Sa mga gamit sila ay ma-obserbahan ang mapaglalang pagbabago sa atomic kaayusan na invisible sa mga maginoo probes ng istraktura.
Upang maunawaan ang mga phase transition na ang mga siyentipiko sinusunod, isipin ang araw-araw na tugon ng isang gas tulad ng singaw pagpapalamig sa form ng likido na tubig, at pagkatapos ay nagyeyelo sa form ng solid na yelo. Sa bawat kaso, ang mga atoms na sumailalim ng ilang form ng istruktura pagbabago ng ayos, nagpapaliwanag Simon Billinge, isang pisisista sa Brookhaven Lab at Columbia University School of Engineering at Inilapat Science at isang humantong may-akda sa papel Science.
"Minsan, ang karagdagang paglamig ay humantong sa mga karagdagang istruktura transition: Atoms sa kristal na ang muling ayusin o maging displaced sa mas mababa ang pangkalahatang mahusay na proporsyon," Billinge sabi. Ang pagpapaunlad ng mga tulad naisalokal atomic distortions sa paglamig ay normal, sabi niya. "Ano ang aming natuklasan sa lead chalcogenides ay ang kabaligtaran na pag-uugali: Sa ang napaka pinakamababang temperatura, walang atomic displacements, walang - ngunit sa warming, ang mga displacements lumitaw!"
Ang pamamaraan ang mga siyentipiko na ginagamit upang obserbahan ito nanoscale atomic aksyon ay high-tech na mga bersyon ng x-ray paningin, aided sa pamamagitan ng matematika at computer na pagtatasa ng mga resulta. Una ang lead na mga materyales ay ginawa sa isang purified form ng pulbos sa Northwestern University. Pagkatapos ay bombarded ng mga siyentipiko ang mga halimbawa sa dalawang uri ng mga beams-x-ray sa Advanced Source poton sa Argonne at neutrons sa neutron Center Lujan Scattering sa Los Alamos. Detector magtipon ng impormasyon tungkol sa kung paano ang mga beams scatter off ang sample ng mga pagdidiprakt pattern na ipahiwatig ng mga posisyon at kaayusan ng ang atoms. Ng karagdagang matematika at computational na pagtatasa ng data gamit ang mga programa sa computer na binuo sa Brookhaven at Columbia pinapayagan ang mga siyentipiko sa modelo at bigyang-kahulugan kung ano ang nangyayari sa ang atomic antas sa loob ng isang hanay ng mga temperatura.
Brookhaven Emil Bozin pisisista, ang unang may-akda sa papel, ay ang unang sa paunawa kakaibang pag-uugali ng data, at nagtrabaho siya tenaciously upang patunayan ito ay isang bagay bago at hindi ng data artepakto. "Kung lamang namin ay tumingin sa ang average na istraktura, kami ay hindi kailanman ay may sinusunod epekto na ito Ang aming pagsusuri ng atomic pares pamamahagi function ay nagbibigay sa amin ng isang mas lokal na tingnan - ang layo mula sa isang partikular na atom sa kanyang pinakamalapit na kapitbahay - sa halip na lamang ang average na , "Bozin sabi. Ang detalyadong pagsusuri nagsiwalat na, bilang ang materyal kayong pampainit, ang mga distansya ay pagbabago sa isang napakaliit na sukat - .025 nanometers - na nagpapahiwatig na ang mga indibidwal atoms ay magiging displaced.
Ang mga siyentipiko ay may ginawa animation upang ilarawan ang paglitaw ng mga displacements sa pagpainit. Sa ito, ang mga displacements ay kinakatawan ng mga arrow upang ipahiwatig ang mga pagbabago orientations ng ang atoms bilang paltik sila pabalik-balik, o magbago, tulad ng mga maliliit na dipoles.
Ayon sa mga siyentipiko, ito ay ito random flipping pag-uugali na key sa kakayahan ng mga materyales sa convert ang init sa koryente.
"Ang sapalarang mga flipping na dipoles makahadlang ang kilusan ng init sa pamamagitan ng mga materyal sa halos parehong paraan na ito ay mas mahirap upang ilipat sa pamamagitan ng isang manggugulo kahoy kaysa sa isang maayos na halamanan ng mansanas kung saan ang mga puno ay may linya up sa mga hilera," Billinge sabi. "Ito mababang kondaktibiti thermal ay nagbibigay-daan sa isang malaking temperatura greydyent na pinananatili sa buong sample, na kung saan ay mahalaga sa thermoelectric katangian."
Kapag ang isang bahagi ng mga materyal ay sa makipag-ugnay sa init - sabihin, sa maubos na sistema ng isang kotse-greydyent ay dahilan sa carrier singil sa thermoelectric ang materyal (halimbawa, mga electron) sa nagkakalat mula sa mainit na bahagi sa malamig bahagi. Ang pagkuha ng ito thermally sapilitan na electric kasalukuyang ay maaaring ilagay ang "basura" na init gamitin.
Ang pananaliksik na ito ay maaaring makatulong ang mga siyentipiko sa paghahanap para sa iba pang mga materyales ng thermoelectric na may mga natatanging katangian, dahil ito ay mga link sa magandang tugon thermoelectric sa pagkakaroon ng fluctuating dipoles.
"Ang aming susunod na hakbang ay ay naghahanap para sa mga bagong materyales na ipakita ang nobelang transition phase, at paghahanap ng iba pang mga istruktura na lagda para sa pag-uugali na ito," Billinge sinabi. "Ang bagong tool na ay nagbibigay-daan sa amin upang probe nanoscale kaayusan ay mahalaga sa pananaliksik.
"Ang ganitong mga pag-aaral ng mga kumplikadong mga materyales sa nanoscale hold ang key sa marami ng ang transformative teknolohiko breakthroughs na humingi namin upang malutas ang mga problema sa enerhiya, kalusugan, at ang kapaligiran."
Source: http://www.bnl.gov/