1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Initiative Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

تبدیل حرارت تلف‌شده به برق به کمک نانوساختارهای قفس مانند

کلمات کلیدی : دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی - نانوقفس - مواد ترموالکتریکی تاریخ خبر : 1395/04/27 تعداد بازدید : 1746

محقق دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای اتریش، سوئیس و آلمان مواد نانوساختاری را تولید کرده‌اند که می‌توان با استفاده از آن‌ها حرارت تلف‌شده در بخش‌های مختلف در صنایع را با بازدهی بالا به الکتریسیته تبدیل نمود. این نانوساختارهای آزمایشگاهی را می‌توان در نیروگاه‌های حرارتی تولید برق، اگزوز خودروها و مبدل‌های حرارتی ترکیبی به کار گرفت.

ماده‌ی ترموالکتریک قطعه‌ی جامدی است که انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برخلاف ماشین‌های گرمایی رایج که دارای اجزای متحرکی هستند، مواد ترموالکتریک هیچ قسمت متحرکی ندارد و کاملاً بی‌صدا عمل می‌کند. این مولدهای برق به مدت سی سال بدون نیاز به نگهداری و تعمیر در کاوش‌های طولانی فضایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ترموالکتریک ها در مقایسه با ماشین‌های گرمایی رایج بازدهی کمتری دارند، اما برای کاربردهای کوچک که توان الکتریکی بالایی مورد نیاز نیست، می‌تواند مفید باشد. در سال‌های اخیر تلاش‌هایی در زمینه‌ی افزایش بازدهی تبدیل انرژی این مواد صورت گرفته است.
دکتر اشکان ذوالریاستین با اشاره به ساختارهای قفس مانند در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: «هدف از انجام این طرح توسعه‌ی مواد ترموالکتریکی دارای هدایت حرارتی پایین و هدایت الکتریکی بالا بوده است. ترکیبات با ساختار قفسی شکل به دلیل ریزساختار منحصربه‌فردشان می‌توانند این خاصیت را برای ما ایجاد کنند. به‌علاوه افزودن نانوذرات به این ساختارها و ایجاد ریزساختار نانوکامپوزیتی می‌تواند این خاصیت را ارتقا بخشد.»
به کمک این نانوساختارهای کامپوزیتی می‌توان هزینه‌های مربوط به اتلاف انرژی حرارتی را تا حد زیادی کاهش داد. به‌علاوه با تبدیل حرارت اتلافی به برق می‌توان تا حدودی از مصرف سوخت‌های فسیلی و آلودگی هوا نیز جلوگیری به عمل آورد.
ذوالریاستین در ادامه ساختار اتمی مواد قفسی شکل را تشریح کرد و در خصوص سازوکار رفتار ترموالکتریک این ساختارها افزود: «ساختار اتمی این ترکیبات به‌گونه‌ای است که اتم‌ها چارچوبی قفس مانند را برای یک اتم سنگین ایجاد می‌کند. انتقال حرارت درون این ماده و عبور فنون‌ها و الکترون‌ها، اتم سنگین حبس شده درون قفس اتمی را به لرزه در می‌آورد و این موضوع کاهش انتقال حرارت و افزایش خواص ترموالکتریک را به دنبال دارد. کاهش ابعاد این قفس‌ها و یا ایجاد ساختار نانوکامپوزیتی منجر به افزایش چشمگیر خاصیت ترموالکتریک این ترکیبات می‌شود.»
در طرح حاضر ترکیبات با ساختار قفس مانند با اتم حبس شده‌ی باریوم در قفس ایجاد شده با اتم‌های سیلیسیوم یا ژرمانیوم به‌صورت نانوکریستال، نانوسیم و نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات سرامیکی یوروپیوم تیتانات و کاربید سیلیسیوم با روش‌های مختلف سنتز شده‌اند. فرایندهای مورد استفاده جهت سنتز این ترکیبات آلیاژسازی مکانیکی، پرس گرم، ریسندگی مذاب، پلاسما جرقه‌ای و پرتو یونی متمرکزشده بوده است. تأثیر پارامترهای فرایند بر روی اندازه، ریزساختار، خواص فیزیکی و خاصیت ترموالکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر اشکان ذوالریاستین – محقق پسادکترای دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی- و پژوهشگرانی از کشورهای اتریش، آلمان و سوئیس است. نتایج این کار در مجله‌ی Physica Status Solidi (جلد 213، شماره‌ی 3، سال 2016، صفحات 784 تا 801) به چاپ رسیده است.