Lämpösähköisyys atomien tasolla

Lämpösähköiset 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