Американские
ученые создали материал, преобразующий тепло в электричество с
рекордной эффективностью, превышающей в два раза эффективность уже
известных подобных материалов. Работа опубликована в журнале Nature, ее
краткое описание приводит Nature News.Термоэлектриками
называют вещества, способные вырабатывать электричество при различии
температуры в разных зонах материала. Эффективность преобразования
определяется двумя (во многом противоречивыми) требованиями. Она тем
выше, чем лучше такой материал проводит электричество, и чем хуже он
проводит тепло. Даже вещество с очень низким сопротивлением будет
неэффективно как термоэлектрик, если оно хорошо проводит тепло. Градиент
температур в таком веществе быстро выровняется, и преобразование
энергии прекратится.
Добиться
низкой теплопроводности при высокой электрической проводимости ученым
удалось за счет изменения микроструктуры материала. Исследователи
использовали классический термоэлектрик - теллурид свинца (PbTe), но
добавили в него вкрапления нанокристаллов теллурида стронция. Они не
изменяли электрическую проводимость, но нарушали упорядоченную структуру
материала, а следовательно, и его теплопроводность.Кроме
того, ученые создавали в полученном материале микроскопические трещины.
Это не позволяло теплу свободно двигаться в толще материала, но лишь
незначительно влияло на его сопротивление.
В результате, удалось добиться двукратного увеличения эффективности преобразования тепла: с 7 до 15 процентов.
Эффективные
термоэлектрики имеют большое значение для энергетики. Более двух третей
работы, которая затрачивается на производство электроэнергии, теряется в
виде тепла, которое можно было бы использовать. Кроме того,
термоэлектрики иногда используются и как основной источник электричества
- например, на марсоходе "Кьюриосити", в котором тепло вырабатывается
плутониевым топливным элементом.