جنرال لواء

يطور معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لزيادة الكهرباء الحرارية ثلاث مرات

يطور معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لزيادة الكهرباء الحرارية ثلاث مرات


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد جعل مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من السهل جدًا تحويل الحرارة إلى كهرباء. أخذ الفريق الأجهزة الكهروحرارية التقليدية وأعاد ابتكارها باستخدام مواد "طوبولوجية".

العازل الطوبولوجي عبارة عن مواد تعزل الداخل ولكنها تدعم حركة الإلكترون على سطح الجسم. بالنسبة إلى Te-Huan Liu لما بعد الدكتوراة ، من قسم الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، فإن الفيزياء الفريدة للمواد الطوبولوجية هي بالضبط ما استخدمه فريقه لتحقيق الاكتشاف.

وقال في مقابلة مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "وجدنا أنه يمكننا دفع حدود هذه المادة ذات البنية النانوية بطريقة تجعل المواد الطوبولوجية مادة كهروحرارية جيدة ، أكثر من أشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون". "في النهاية ، قد تكون هذه طريقة للطاقة النظيفة لمساعدتنا في استخدام مصدر حرارة لتوليد الكهرباء ، مما سيقلل من إطلاق ثاني أكسيد الكربون."

تُستخدم الأجهزة الكهروحرارية حاليًا لتشغيل التطبيقات منخفضة الطاقة نسبيًا. إنهم يعملون مع مستشعرات خطوط أنابيب النفط ، في جميع المجسات الفضائية تقريبًا في السنوات الأخيرة ، في المولدات الكهروحرارية للسيارات لتعزيز كفاءة الوقود ، وحتى في بعض الثلاجات الصغيرة. حتى أنها يمكن العثور عليها في محطات توليد الطاقة من أجل تحويل الحرارة الزائدة إلى طاقة كهربائية إضافية. لكن النتائج التي توصل إليها ليو والفريق يمكن أن تزيد من الطاقة التي تنتجها الحرارةل ثلاث مرات أكثر مما يعتقد تقليديا أنه ممكن.

ولكن كيف يعمل؟ عندما يتم تسخين أحد طرفي المواد الكهروحرارية التقليدية وتبريد الجانب الآخر ، تتدفق الإلكترونات من الطرف الساخن إلى الطرف البارد وتولد تيارًا كهربائيًا. وكلما زاد هذا الاختلاف في درجة الحرارة ، زاد التيار. يعتمد حجم الطاقة المتولدة أيضًا على خصائص المادة نفسها.

ومع ذلك ، أظهرت الأبحاث السابقة أن المواد الطوبولوجية يمكن في الواقع أن تكون ببنية نانوية ونمطية لتعزيز قدرتها على زيادة التيار في النهاية. أراد ليو وفريقه أن يروا بالضبط مقدار هذا التعزيز الذي أتى من المادة الطوبولوجية نفسها ومقدارها الناجم عن كيفية إعادة هيكلتها.

من أجل الحصول على هذه الإجابات ، درس ليو أداء تيلورايد القصدير - أحد أفضل المواد الطوبولوجية الكهروحرارية. غالبًا ما يتم خلط أشباه الموصلات بالرصاص الذي يستخدم في أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء.

من أجل قياس البنية النانوية مقابل الأداء الطبيعي ، قاس الفريق متوسط ​​المسافة التي سيقطعها إلكترون بطاقة معينة في مادة قبل أن يتشتت بفعل العيوب في المادة المذكورة. إنها عملية شائعة الاستخدام تسمى "يعني المسار الحر".

وجد الفريق في النهاية أنه كلما كان حجم حبيبات مادة ما أصغر ، فإن الإلكترونات ذات الطاقة الأعلى توصل تيارًا كهربائيًا أكثر حيث تقل احتمالية تشتتها. وبالتالي ، هناك مساحة أكبر لتحسين الجهد. أفضل سيناريو وجده الباحثون؟ أدى تقليل حجم حبيبات القصدير إلى 10 نانومتر فقط إلى منحهم ثلاثة أضعاف كمية الكهرباء التي كانت ستحدث مع حبة أكبر.

حسب البحث:

"المواد ذات البنية النانوية تشبه خليطًا من البلورات الصغيرة ، ولكل منها حدود ، تُعرف باسم حدود الحبيبات ، والتي تفصل بلورة عن أخرى. عندما تواجه الإلكترونات هذه الحدود ، فإنها تميل إلى التشتت بطرق مختلفة. ستشتت الإلكترونات ذات المسارات الحرة الطويلة المتوسطة بقوة ، مثل الرصاص الذي يرتد من الحائط ، في حين أن الإلكترونات ذات المسارات الحرة الأقصر تكون أقل تأثراً بكثير ".

قال ليو: "في عمليات المحاكاة التي أجريناها ، وجدنا أنه يمكننا تقليص حجم حبيبات مادة طوبولوجية أكثر بكثير مما كان يعتقد سابقًا ، وبناءً على هذا المفهوم ، يمكننا زيادة كفاءتها".

في النهاية ، قال ليو والفريق إن هذا الاكتشاف يمكن أن يساعد المهندسين على صنع أجهزة أكثر ذكاءً تستخدم الطاقة بشكل أكثر فعالية ولا تهدر أي شيء - ولا حتى ناتج الحرارة.


شاهد الفيديو: كيف تعمل منشآت توليد الطاقة الحرارية How a thermal power plant work (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Kehn

    أنا متأكد من أنك مخطئ.

  2. Tylar

    كل ما سبق قال الحقيقة. دعونا نناقش هذا السؤال.

  3. Mazular

    أنا مقتنع تماما أنك مخطئ. سوف يظهر الوقت.



اكتب رسالة