Οι επιστήμονες δημιουργούν κρυστάλλους που παράγουν ηλεκτρισμό από τη θερμότητα

Προηγούμενες θερμοηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούσαν ακριβά και τοξικά στοιχεία. Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει τώρα φθηνούς κρυστάλλους που αποτελούνται από χαλκό, μαγγάνιο, γερμάνιο και θείο που μπορούν να μετατρέψουν αποτελεσματικά τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ένα συνθετικό θειούχο ορυκτό με θερμοηλεκτρικές ιδιότητες.

Στην επιδίωξη της αποτελεσματικής μετατροπής της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια, τα άμεσα διαθέσιμα υλικά από αβλαβείς πρώτες ύλες ανοίγουν νέες προοπτικές στην ανάπτυξη ασφαλών και φθηνών λεγόμενων θερμοηλεκτρικών υλικών. Ένα συνθετικό ορυκτό χαλκού αποκτά πολύπλοκη δομή και μικροδομή μέσω απλών αλλαγών στη σύνθεσή του, θέτοντας έτσι τα θεμέλια για τις επιθυμητές ιδιότητες, σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό εφαρμοσμένη χημεία.

Το νέο συνθετικό υλικό αποτελείται από χαλκό, μαγγάνιο, γερμάνιο και θείο και παράγεται με μια αρκετά απλή διαδικασία, εξηγεί ο επιστήμονας υλικών Emmanuel Guillaume, ερευνητής CNRS στο εργαστήριο CRISMAT, Caen, Γαλλία, ο οποίος είναι ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης. «Οι σκόνες απλώς κραματώνονται μηχανικά μέσω ενός μύλου με σφαιρίδια για να σχηματίσουν μια ανακρυσταλλωμένη φάση η οποία στη συνέχεια συμπυκνώνεται στους 600 βαθμούς[{” attribute=””>Celsius. This process can be easily scaled up,” he says.

Thermoelectric materials convert heat to electricity. This is especially useful in industrial processes where waste heat is reused as valuable electric power. The converse approach is the cooling of electronic parts, for example, in smartphones or cars. Materials used in these kinds of applications have to be not only efficient, but also inexpensive and, above all, safe for health.

However, thermoelectric devices used to date make use of expensive and toxic elements such as lead and tellurium, which offer the best conversion efficiency. To find safer alternatives, Emmanuel Guilmeau and his team have turned to derivatives of natural copper-based sulfide minerals. These mineral derivatives are mainly composed of nontoxic and abundant elements, and some of them have thermoelectric properties.

Now, the team has succeeded in producing a series of thermoelectric materials showing two crystal structures within the same material. “We were very surprised at the result. Usually, slightly changing the composition has little effect on the structure in this class of materials,” says Emmanuel Guilmeau describing their discovery.

The team found that replacing a small fraction of the manganese with copper produced complex microstructures with interconnected nanodomains, defects, and coherent interfaces, which affected the material’s transport properties for electrons and heat.

Emmanuel Guilmeau says that the novel material produced is stable up to 400 degrees Celsius (750 degrees

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *