Läpimurto lämpösähköisissä materiaaleissa

Etelä-Korealaisten ja Yhdysvaltatalisten tutkijoiden tutkimusryhmä on kehittänyt skaalautuvan valmistusmenetelmän alan uusimmalle metalliseokselle käytettäväksi kiinteän aineiden lämpösähköisille laitteille.

Ranskalaisen fyysikon Jean Charles Athanase Peltierin havainnot vuonna 1834 olivat niin merkittäviä, että lämpösähköisiä laitteita kutsutaan nykyäänkin Peltier -laitteiksi.

Siitä lähtien hänen työnsä on ollut materiaalien ja suunnittelun tasaista edistysaskeleita. Vuoteen 1960 asti, Peltier-laitteita tehtiin erilaisista telluuri-yhdisteistä. Niiden huipputehokkuus on (zT) 1,1, mikä tarkoittaa sähköä kulutetaan vain hieman vähemmän kuin lämpöä tulee ulos.

Nyt korealais-yhdysvaltalaisryhmä on kehittänyt menetelmän luoda uudenlaista ja paljon tehokkaampaa TE-metalliseosta. Nämä seokset tuotetaan sitrauksella, jossa käytetään lämpöä ja/tai painetta liittämään pieniä metallisia rakeita seokseksi.

Nyt ryhmä käytti prosessia jossa sintrattiin antimoni-, vismutti- ja telluuri-rakeita yhdeksi seokseksi (Bi0.5Sb1.5Te3). Tällä kertaa sulaa telluuria käytettiin sulattamaan rakeita kiinteäksi yhdisteeksi ja ylimääräinen telluuri poistetaan prosessista.

Näin sulatettujen rakeiden väliset saumat ohenivat mikä vähentää huomattavasti niiden lämmönjohtavuutta ja siten vahvistaa seoksen lämpösähköisen tehokkuusarvon (zT) 2,01 eli kaksinkertaistaa aiemmat arvot.

Kun uudenlaista metalliseosta käytetään Peltier jäähdyttimessä, tulokset ovat merkittäviä. Uusi materiaali pystyi saavuttamaan lämpötilan muutoksen 81 Kelviniä huoneenlämmössä (26,85°C, 300K).

Sovelluksia tällaiselle materiaalille on runsaasti. Tutkijat uskovat, että kun uutta valmistustekniikkaa edelleen kehitetään, Peltier jäähdytyslaitteita voidaan käyttää perinteisen kompressorijäähdytysjärjestelmien paikalla.

Aiheesta aiemmin:

Uudenlaista lämpösähköä