Lämpösähköisyys atomien tasolla

13.09.2022

DOE-ORNL-lamposahkon-atominen-mekanismi-250-t.jpgLämpösähköiset laitteet muuttavat lämpöenergian sähköksi kehittämällä jännitteen laiterakenteen kuuman ja kylmän osan välisestä lämpötilaerosta. Yksi suuri haaste lämpösähköisille on niiden suhteellisen alhainen hyötysuhde ja rajoitettu määrä saatavilla olevia materiaaleja.

Ymmärtääkseen paremmin, kuinka konversioprosessi tapahtuu atomimittakaavassa, ONRL:n tutkijat käyttivät neutroneja tinasulfidin ja tinaselenidin yksittäiskiteiden tutkimiseen. Näistä he mittasivat lämpötilasta riippuvia muutoksia.

Mittaukset paljastivat vahvan korrelaation rakenteen muutosten välillä tietyissä lämpötiloissa ja atomivärähtelyjen (fononien) taajuuden välillä. Tämä suhde vaikuttaa siihen, miten materiaalit johtavat lämpöä.

Neutronien sironnan kautta tutkijat paljastivat yksityiskohtia fononien uudelleennormalisointimekanismista

Tämä on kvanttimekaniikan prosessi, joka selittää kahden tyypillisen lämpösähköisen materiaalin erittäin alhaisen lämmönjohtavuuden. Tulokset voivat antaa tutkijoille mahdollisuuden suunnitella materiaaleja tehokkaampiin lämpösähköisiin laitteisiin. Se auttaa myös kehittämään uusiutuvan energian muunnostekniikoita.

Tutkimuksessa tunnistettiin energian muuntamiseen ihanteelliset lämpötilat. Se tarjosi myös tieteellistä perustietoa, joka voi auttaa tutkijoita suunnittelemaan uusia materiaaleja lämpösähköisen suorituskyvyn parantamiseksi.

Dynamiikan mittaus antoi myös avaintietoa atomivärähtelyjen taajuuksien dramaattisesta vähenemisestä siirtymävaiheessa, mikä on vastuussa heikentyneestä lämmönjohtavuudesta.

Työ viittaa myös siihen, että havaittu fononikäyttäytyminen voi esiintyä monissa muissa materiaaleissa, joissa on samanlaisia faasisiirtymiä, kuten halogenidiperovskiiteissa, oksidiferrosähköisissä tai lähellä epävakautta olevissa lämpösähköisissä materiaaleissa, mikä laajentaa merkittävästi energian muunnosmateriaalien mahdollisuuksia.

Nämä tulokset tarjoavat yksityiskohtaisen mikroskooppisen ymmärryksen faasistabiilisuudesta ja lämmönsiirrosta teknologisesti tärkeissä materiaaleissa ja tarjoavat lisätietoa tavoista hallita fononien etenemistä lämpösähköisissä, aurinkosähköissä ja muissa lämmönhallintaa vaativissa materiaaleissa.

Aiheesta aiemmin:

Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja

Magneettinen ohutkalvo spin-lämpösähkölle

Tehokkaampi lämpösähköinen materiaali

04.10.2022Timanttianturi jatkaa sähköauton matkaa
03.10.2022Iskunvaimentimia ja jäykistäjiä
30.09.2022Liuottimista ratkaisu perovskiittisille aurinkokennoille
29.09.2022Optisia kuituja perovskiitista
28.09.2022Kvanttiväylä avaa tietä
27.09.2022Älykkäät mikrorobotit kävelevät itsenäisesti
26.09.2022Pienenergian keruuta ja viittomakielen tulkintaa
24.09.2022Uusi turkki kvanttikissalle
23.09.2022Yksittäinen elektroni surffailee ääniaallolla
22.09.2022Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin

Siirry arkistoon »