Łatwo dostępne kryształy z nieszkodliwych surowców otwierają nowe perspektywy w rozwoju bezpiecznych i niedrogich tzw. "materiałów termoelektrycznych", materiałów przekształcających ciepło w energię elektryczną.
Kryształ w nanoskali.
Duże w nowym oknie >>
Syntetyczny minerał miedzi nabywa złożoną strukturę i mikrostrukturę poprzez proste zmiany w swoim składzie, tworząc w ten sposób podstawy dla pożądanych właściwości, wynika z badań opublikowanych w czasopiśmie Angewandte Chemie.
Nowy materiał syntetyczny składa się z miedzi, manganu, germanu i siarki, i jest produkowany w dość prostym procesie, wyjaśnia materiałoznawca Emmanuel Guilmeau, badacz CNRS w laboratorium CRISMAT, Caen, Francja, który jest autorem korespondencyjnym badania. "Proszki są po prostu mechanicznie stopione przez mielenie kulowe, aby utworzyć fazę prekrystalizowaną, która jest następnie zagęszczana w 600 stopniach Celsjusza. Ten proces może być łatwo skalowany" - mówi.
Materiały termoelektryczne zamieniają ciepło na energię elektryczną. Jest to szczególnie przydatne w procesach przemysłowych, gdzie ciepło odpadowe jest ponownie wykorzystywane jako cenna energia elektryczna. Odwrotne podejście to chłodzenie części elektronicznych, na przykład w smartfonach czy samochodach. Materiały wykorzystywane w tego typu zastosowaniach muszą być nie tylko wydajne, ale również niedrogie i przede wszystkim bezpieczne dla zdrowia.
Dotychczas stosowane urządzenia termoelektryczne wykorzystują jednak drogie i toksyczne pierwiastki, takie jak ołów i tellur, które oferują najlepszą wydajność konwersji. Aby znaleźć bezpieczniejsze alternatywy, Emmanuel Guilmeau i jego zespół zwrócili się ku pochodnym naturalnych minerałów siarczkowych na bazie miedzi. Te mineralne pochodne składają się głównie z nietoksycznych i obfitych pierwiastków, a niektóre z nich mają właściwości termoelektryczne.
Teraz zespołowi udało się wyprodukować serię materiałów termoelektrycznych wykazujących dwie struktury krystaliczne w obrębie tego samego materiału. "Byliśmy bardzo zaskoczeni tym wynikiem. Zazwyczaj niewielka zmiana składu ma niewielki wpływ na strukturę w tej klasie materiałów" - mówi Emmanuel Guilmeau, opisując swoje odkrycie.
Zespół stwierdził, że zastąpienie niewielkiej części manganu miedzią wytworzyło złożone mikrostruktury z połączonymi nanodomenami, defektami i spójnymi interfejsami, co wpłynęło na właściwości transportowe materiału dla elektronów i ciepła.
Emmanuel Guilmeau twierdzi, że wytworzony nowatorski materiał jest stabilny do 400 stopni Celsjusza, co jest zakresem dobrze mieszczącym się w zakresie temperatur ciepła odpadowego w większości gałęzi przemysłu. Jest on przekonany, że na podstawie tego odkrycia będzie można zaprojektować tańsze, nowatorskie i nietoksyczne materiały termoelektryczne, które zastąpią bardziej problematyczne materiały.
Źródło: Phys.org: Team creates crystals that generate electricity from heat
Źródło: Engineering Transport Properties in Interconnected Enargite-Stannite Type Cu2+xMn1−xGeS4 Nanocomposites
Przedstawienie struktury krystalicznej faz Cu2MGeS4 o a) tetragonalnej strukturze typu stannitu (M=Fe, Co, Hg) i b) ortorhombicznej strukturze typu enargitu (M=Mn, Ni, Zn, Cd). Klucz: Cu - niebieski; M - czerwony; Ge - szary; S - żółty.
Duże w nowym oknie >>
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz