Hőből áramot
A hő elektromos árammá alakításában környezetbarát nyersanyagok nyithatnak új távlatokat a biztonságos és olcsó, úgynevezett termoelektromos anyagok kifejlesztése során. A tudósok egy szintetikus rézásvány összetételének egyszerű megváltoztatásával komplex szerkezetet és mikroszerkezetet adtak az anyagnak, és ezzel sikerült elérni a kívánt tulajdonságokat - derül ki az Angewandte Chemie című folyóiratban megjelent tanulmányból.
Az újszerű szintetikus anyag rézből, mangánból, germániumból és kénből áll, és meglehetősen egyszerű eljárással elő is állítható
- magyarázza Emmanuel Guilmeau anyagtudós, a franciaországi Caenben található CRISMAT laboratórium kutatója. "Az anyagokat por alakban egyszerűen mechanikusan ötvözik golyós őrléssel, hogy előkristályosodott fázist képezzenek, melyet aztán 600 Celsius-fokon sűrítenek. Ez a folyamat könnyen skálázható" - mondta a tudós.
.jpg)
A hő elektromos árammá alakításában környezetbarát nyersanyagok nyithatnak új távlatokat a biztonságos és olcsó, úgynevezett termoelektromos anyagok kifejlesztése során. Kép: Pexels
De mire jó a termoelektromosság?
A termoelektromos anyagok a hőt elektromos árammá alakítják. Ez különösen hasznos az ipari folyamatokban, ahol a hulladékhőt értékes elektromos energiaként hasznosítják újra. A fordított megközelítés az elektronikus alkatrészek hűtése, például okostelefonokban vagy autókban. Az ilyen jellegű alkalmazásokban használt anyagoknak nemcsak hatékonyaknak, hanem olcsónak és mindenekelőtt egészségre ártalmatlannak is kell lenniük. Ezek az anyagok úgy állítják elő az elektromos feszültséget, hogy az anyag egyik végét melegen, a másik végén hidegen tartják, ami hőmérsékleti gradienst hoz létre.
Az eddig használt termoelektromos eszközök azonban olyan drága és mérgező elemeket használtak, mint az ólom és a tellúr, melyek a legjobb hőátalakítási hatékonyságot kínálják.
Az ipari és energiatermelési folyamatok által termelt hatalmas mennyiségű hulladékhő sajnos ma a légkörbe kerül. Egy hatékony termoelektromos anyag megtalálása azt jelenti, hogy három látszólag különböző tulajdonságot kell egyetlen anyagba sűríteni: a fémek magas elektromos vezetőképességét, a félvezetők nagy hőérzékenységét és az üveg alacsony hővezető képességét. Ez nagy kihívást jelentő feladat, és a tudósok számos technikát alkalmaznak az anyagok hatékonyabbá tételére.
.jpg)
A termoelektromos anyagok a hőt elektromos árammá alakítják. Ez különösen hasznos az ipari folyamatokban, ahol a hulladékhőt értékes elektromos energiaként hasznosítják újra. Kép: Pixabay
Fontos szempont a biztonság
Emmanuel Guilmeau és csapata a biztonságosabb alternatívák megtalálása érdekében fordult a természetes rézalapú szulfidásványok származékaihoz. Ezek az ásványszármazékok főként nem mérgező és bőségesen rendelkezésre álló elemekből állnak, némelyikük pedig kitűnő termoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik.
Most a csapatnak sikerült egy sor olyan termoelektromos anyagot előállítania, melyek két különböző kristályszerkezetet mutatnak ugyanazon az anyagon belül. "Nagyon meglepett minket az eredmény. Általában az összetétel kismértékű megváltoztatása kevés hatással van a szerkezetre az anyagok ezen osztályában" - írja le felfedezésüket Emmanuel Guilmeau.
.jpg)
Emmanuel Guilmeau és csapata a biztonságosabb alternatívák megtalálása érdekében fordult a természetes rézalapú szulfidásványok származékaihoz. Kép: Wikimedia
Bőven megfelelő hőmérséklettartomány
A csapat megállapította, hogy a mangán kis hányadának rézzel való helyettesítése összetett mikroszerkezeteket hozott létre egymással összekapcsolt nanodoménekkel, hibákkal és koherens határfelületekkel, ami befolyásolta az anyag elektron- és hőtranszport-tulajdonságait. Emmanuel Guilmeau szerint:
Az előállított újszerű anyag 400 Celsius-fokig stabil, ami jóval a legtöbb iparág által igényelt hulladékhő-kezelési hőmérséklettartományon belül van.
Meggyőződése, hogy a felfedezés alapján új, olcsóbb és nem mérgező termoelektromos anyagokat lehet majd tervezni a problémásabb anyagok helyettesítésére.
(Forrás: onlinelibrary)
