Для преобразования тепла в электричество, легкодоступные материалы из безвредного сырья можно использовать для разработки безопасных и недорогих термоэлектрических материалов. Синтетический минерал меди приобретает сложную структуру и микроструктуру путем простых изменений в своем составе, тем самым закладывая основу для желаемых свойств, утверждают Эммануэль Гильмо, CRISMAT (CNRS, ENSICAEN, Université de Caen Normandie), Кан, Франция, и его коллеги.
Как утверждают Эммануэль Гильмо, CRISMAT (CNRS, ENSICAEN, Université de Caen Normandie), Кан, Франция, и его коллеги.
Синтетический сульфидный минерал с термоэлектрическими свойствами
Термоэлектрические материалы преобразуют тепло в электричество. Это особенно полезно в промышленных процессах, где отработанное тепло повторно используется в качестве ценной электроэнергии. Обратный подход — это охлаждение электронных деталей, например, в смартфонах или автомобилях. Материалы, используемые в таких приложениях, должны быть не только эффективными, но и недорогими и, прежде всего, безопасными.
Нонтоксичные материалы
Как бы то ни было, в термоэлектрических устройствах, используемых до сих пор, применяются дорогие и токсичные элементы, такие как свинец и теллур, которые обеспечивают наилучшую эффективность преобразования. Чтобы найти более безопасные альтернативы, команда обратилась к производным природных сульфидных минералов на основе меди. Эти минеральные производные в основном состоят из нетоксичных и распространенных элементов, и некоторые из них обладают термоэлектрическими свойствами.
Команда создала серию термоэлектрических материалов, демонстрирующих две кристаллические структуры в рамках одного материала. &ldquo ;Мы были очень удивлены результатом. Обычно незначительное изменение состава мало влияет на структуру в этом классе материалов,” говорит Гильмо.
Команда создала серию термоэлектрических материалов, демонстрирующих две кристаллические структуры внутри одного материала.
Взаимосвязанные нанодомены
Команда обнаружила, что замена небольшой части марганца на медь приводит к образованию сложных микроструктур с взаимосвязанными нанодоменами, дефектами и когерентными границами раздела, что влияет на свойства материала по транспортировке электронов и тепла.
Полученный новый материал стабилен при температуре до 400 °C, что вполне соответствует диапазону температур отработанного тепла в большинстве отраслей промышленности. Гильмо убежден, что на основе этого открытия можно будет разработать новые, более дешевые и нетоксичные термоэлектрические материалы для замены более проблемных материалов.