دستیابی به بازده انرژی بهتر با مواد ترموالکتریکی

اخیراً اطلاعات جدیدی در مورد مواد ترموالکتریکی و عملکرد آنها منتشر شده‌است. این
اطلاعات جدید دقیقاً توضیح می‌دهد که چرا برخی از مواد ترموالکتریکی می‌توانند بدون
از دست‌ دادن خصوصیات الکتریکی خوب خود، رسانایی حرارتی پایین و مطلوبی داشته
باشند.

می‌توان با چیدمان مواد ترموالکتریکی، واحدهایی ساخت که قادرند تا اختلاف حرارتی را
به انرژی الکتریکی تبدیل کنند و یا بالعکس، جریان الکتریکی را برای سردسازی به کار
گیرند. با این حال، برای استفاده مؤثر از این مواد لازم است تا یک ولتاژ بالا بر
روی آنها اعمال شود و این مواد، رسانایی الکتریکی بالا و رسانایی حرارتی پایینی
داشته‌ باشند.

برخورداری از رسانایی الکتریکی خوب و رسانایی حرارتی پایین، می‌تواند در تبدیل
حرارت تلف‌شده(به‌عنوان مثال حرارت گازهای اگزوز خودرو) ضروری باشد.

هم‌اکنون سازندگان پیشروی خودرو، در تلاشند تا این امکان را فراهم آورند و نخستین
مدل‌های خودرویی که این قابلیت را دارند، به‌زودی تولید خواهند شد. طبق گفته‌های بو
بی‌آیورسن(که پروفسوری در iNANO در دانشگاه Århus است)، پیش‌بینی می‌شود که این
فناوری، اقتصاد سوخت خودرو را به میزان چشمگیری ارتقا دهد، همچنین این اطلاعات
می‌تواند در ابداع روش‌های سردسازی جدید، نقش داشته باشد تا به این شکل، از
معمول‌ترین روش سردسازی؛ یعنی به‌کارگیری گاز گل‌خانه‌ای R-134a که برای محیط بسیار
مضر است، اجتناب شود. تمام این پیامدها برای محیط زیست، سودمند خواهد بود.

این محققان در تحقیق اخیر خود، یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد ترموالکتریکی را در
گروهی از کلچریت‌ها(clathrates) بررسی کردند. این ماده، بلورهایی ایجاد می‌کند که
از «نانوقفس‌ها» پر شده‌اند.

اسگر بی‌آبراهامسن، دانشمند ارشد در Risø-DTU در این‌ باره می‌گوید:«با قراردادن یک
اتم سنگین در هر نانوقفس، ما می‌توانیم قابلیت هدایت حرارتِ بلور را کاهش دهیم.
تاکنون ما فکر می‌کردیم که حرکات تصادفی اتم‌های سنگین در قفس‌ها موجب می‌شود
رسانایی حرارتی، این چنین پایین باشد؛ اما نشان داده شده‌است که این ایده نادرست
است.»

این محققان از روش پراکندگی نوترون که به آنها امکان می‌دهد به درون ماده مذکور
نگاه کنند و حرکات اتم‌های یادشده را مشاهده کنند، استفاده کرده‌اند. یک استادیار
دانشگاه کپنهاگ به ‌نام کیم لفمن می‌گوید:«داده‌های ما نشان می‌دهد که عمدتاً الگوی
حرکتِ مشترک اتم‌ها، تعیین‌کننده خصوصیات این مواد ترموالکتریکی است. این کشف برای
طراحی مواد جدید و به‌کارگیری کارآمدتر انرژی دارای اهمیت بسیار زیادی است.»

نتایج این تحقیق در نشریه Nature Materials به چاپ رسیده‌است.