Ученые в США открыли новый способ для эффективного преобразования тепла в электричество

Сегодня процесс производства электроэнергии сопровождается большими потерями в виде выделения тепла в окружающую среду. Однако современные технологии предлагают решения с очень низкой эффективностью. В США ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали метаматериал, который обещает значительно повысить эффективность преобразования тепла в электричество.

При эффективном преобразовании тепла в электричество необходимо использовать материал, который хорошо проводит электроны, но плохо проводит тепло. Однако такие материалы природой не предоставлены. Ученые использовали метаматериал, который обладает способностью хорошо проводить электроны и слабо проводить тепло. Он воздействует на скорость распространения квазичастиц фононов, отвечающих за передачу тепла в материале.

Структурно новый метаматериал состоит из листа кремния, на котором наращиваются нанокристаллы из нитрида галлия. Затем кремниевую подложку тонко истончают до нужной толщины. Когда тепло передается от одного края листа к другому, оно также передается через наностолбцы, в которых возникают стоячие волны, существенно короче фононов. Эти волны резонируют с волнами фононов в кремнии, приводя их в резонанс и уменьшая теплопроводность кремния.

Результаты эксперимента, опубликованные в журнале Advanced Materials, показали, что теплопроводность кремния уменьшилась на 21%, сохраняя при этом его электропроводность. Ученые надеются, что в скором времени смогут представить решение с высокой скоростью преобразования тепла в электричество, что откроет новые возможности для создания термоэлектрических устройств или более эффективных радиаторов для электроники.

Источник: 3Dnews.ru

Science XXI