Na czele zespołu zajmującego się tą sprawą stanął Fabian Garmroudi z Los Alamos National Laboratory. Wraz ze współpracownikami stworzył coś, co rzuca konkurencji wielkie wyzwanie. Pod względem wydajności zaprojektowane materiały wypadają bardziej imponująco, niż dotychczas dostępne, ale są przy tym zdecydowanie stabilniejsze i tańsze w produkcji.
Czytaj też: Energia bez strat istnieje? Naukowcy właśnie tego dowiedli
Jak wynika z informacji przekazanych przez Uniwersytetu Techniczny w Wiedniu, publikacja opisująca perypetie międzynarodowego zespołu badawczego trafiła na łamy Nature Communications. Inżynierowie stojący za ostatnimi postępami uzyskali niewidzianą wcześniej wydajność termoelektryczną, która wzrosła aż dwukrotnie.
Do osiągnięcia tego celu doprowadziło wykorzystanie konstrukcji hybrydowej. Charakteryzują ją różnice w strukturach sieci, które sprawiają, że drgania cieplne nie mogą na większą skalę przechodzić z jednego kryształu do drugiego. Z jednej strony mówimy o ograniczonych drganiach, natomiast z drugiej naukowcom udało się osiągnąć zwiększoną mobilność nośników ładunku.
Materiały termoelektryczne są w stanie przekształcać ciepło w energię elektryczną. Z tego względu można je wykorzystać na szereg różnych sposobów, choćby w odniesieniu do Internetu Rzeczy
Kluczem do sukcesu miało być zestawienie materiałów wykazujących odmienne właściwości mechaniczne, ale jednocześnie podobne pod względem elektronicznym. A gdzie będzie można wykorzystać materiały termoelektryczne, takie jak opisywany powyżej? W grę wchodzą wszelkie zastosowania, w których przydatna okazuje się konwersja ciepła na energię elektryczną. Oznacza to możliwość wdrożenia chociażby na potrzeby projektowania niewielkich rozmiarów elektroniki czy czujników. Przenoszenie energii elektrycznej przy jednoczesnym ograniczaniu transportu ciepła nie należy do łatwych zadań, ponieważ zwykle obie te właściwości się ze sobą przeplatają.
Garmroudi, wraz ze współpracownikami z Austrii i Japonii, połączył ze sobą dwa proszki. Pierwszy powstał ze stopu na bazie żelaza z wanadem, tantalem i aluminium, natomiast drugi zawierał bizmut oraz antymon. W obecności wysokiej temperatury i ciśnienia taka mieszanka okazała się tworzyć razem materiał potencjalnie rewolucyjny dla zastosowań termoelektrycznych.
Czytaj też: Laser, proszek i przełomowe odkrycie. Tak powstaje materiał nowej generacji
Całkowicie odmienne struktury sieciowe sprawiają, że drgania termiczne nie przechodzą łatwo między kryształami, co ogranicza transport ciepła. Taki limit nie dotyczy rzecz jasna nośników ładunku, które poruszają się bez większych ograniczeń i z wysoką prędkością. Następnym krokiem, który będą chcieli wykonać autorzy dotychczasowych sukcesów będzie stworzenie komercyjnej alternatywy dla materiałów termoelektrycznych na bazie dotychczasowego dominatora, czyli tellurku bizmutu.