物理科技生物学-PHYICA

缺陷中的美:晶体DVAJ-255缺陷如何帮助将废热转化为电能

化学 2022-07-08 00:02:53

名古屋理工大学 使用热电转换发电的应用实例

它涉及到将汽车发动机的废热转化为电能进行再利用,或者利用人体和环境空气之间的温差来发电,从而为物联网传感器供电

信用:图片提供:名古屋理工大学宫崎骏 如果我们要防止迫在眉睫的环境危机,我们必须找到有效和可持续的方法来避免浪费

有很大改进空间的一个领域是将工业过程和技术设备的废热回收为电能

热电材料是这一领域研究的核心,因为它们可以低成本清洁发电

对于在钢铁厂和运输等截然不同的领域中使用的热电材料,它们需要能够在高温和低温状态下工作

在这方面,半赫斯勒镍基合金由于其诱人的热电效率、机械强度和耐用性,目前备受关注

尽管人们已经付出了很多努力来理解和改进这些特殊的合金,但科学家们发现很难澄清为什么半赫斯勒镍基合金具有如此高的转化效率

有些人理论上认为,材料晶体结构中的缺陷会增加其热导率,进而提高其转换效率

然而,缺陷周围的晶体结构是未知的,它们的具体贡献也是未知的

在最近发表在《科学报告》上的一项研究中,由日本名古屋理工大学的宫崎秀喜副教授领导的日本和土耳其科学家团队现在试图将这个问题变得非常清楚。他们的研究以大规模晶体结构模拟和镍锆锡合金的x光吸收精细结构谱的形式结合了理论和实验分析

利用这些技术,研究小组首先计算了镍原子(缺陷)在镍锆氮晶体排列中的结构效应

然后,他们通过不同类型的XAFS测量验证了理论预测

宫崎解释道:“在我们的理论框架中,我们假设晶格畸变是原子缺陷的结果,以执行第一性原理能带结构计算

通过比较晶体结构的实验和理论光谱,XAFS使得获得原子缺陷周围的局部晶体结构的详细信息成为可能

“这些观察使科学家们能够准确地量化镍缺陷在附近原子中造成的应变

他们还分析了这些变化产生更高热导率(和转换效率)的机理

这项研究的结果将对推进热电技术至关重要

宫崎骏评论道:“我们期望我们的研究结果将有助于开发一种以控制缺陷原子周围的应变为中心的策略,这反过来将允许我们设计出新的更好的热电材料

“希望这将导致热电转换技术的飞跃,并加速向更少浪费、更少脱碳的社会过渡——在这个社会中,多余的热量不会被简单地丢弃,而是作为一种能源被回收

最后,博士

宫崎骏强调,用于观察晶体结构应变细微变化的技术可以很容易地适用于其他类型的材料,例如那些用于自旋电子学应用和催化剂的材料

追求材料科学的细节肯定会有很多收获,我们可以放心,这项研究标志着朝着更美好未来的正确方向迈出了一步!

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