به گزارش خبرگزاری مهر، محققان دانشگاه خواجه نصیرالدین 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 صنایع را با بازدهی بالا به الکتریسیته تبدیل کرد.
این نانوساختارهای آزمایشگاهی را می‌توان در نیروگاه‌های حرارتی تولید برق، اگزوز خودروها و مبدل‌های حرارتی ترکیبی به کار گرفت.
ماده ترموالکتریک قطعه 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 کاملا 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 زمینه افزایش بازدهی تبدیل انرژی این مواد صورت گرفته است.
اشکان ذوالریاستین با اشاره به ساختارهای قفس مانند در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: هدف از انجام این طرح توسعه مواد ترموالکتریکی دارای هدایت حرارتی پایین و هدایت الکتریکی بالا بوده است.
وی افزود: ترکیبات با ساختار قفسی شکل به دلیل ریزساختار منحصربه‌فرد آنها می‌توانند این خاصیت را برای ما ایجاد کنند. به‌علاوه افزودن نانوذرات به این ساختارها و ایجاد ریزساختار نانوکامپوزیتی می‌تواند این خاصیت را ارتقا بخشد.
این پژوهشگر خاطرنشان کرد: 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 کرد.
ذوالریاستین 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.
وی اضافه کرد: 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.
این پژوهشگر خاطرنشان کرد: کاهش ابعاد این قفس‌ها و یا ایجاد ساختار نانوکامپوزیتی منجر به افزایش چشمگیر خاصیت ترموالکتریک این ترکیبات می‌شود.
وی عنوان کرد: در طرح حاضر ترکیبات با ساختار قفس مانند با اتم حبس شده باریوم در قفس ایجاد شده با اتم‌های سیلیسیوم یا ژرمانیوم به صورت نانوکریستال، نانوسیم و نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات سرامیکی یوروپیوم تیتانات و کاربید سیلیسیوم با روش‌های مختلف سنتز شده‌اند.
این پژوهشگر گفت: فرایندهای مورد استفاده برای 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 تلاش اشکان ذوالریاستین محقق پسادکترای دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی و پژوهشگرانی از کشورهای اتریش، آلمان و سوئیس است. نتایج این کار در مجله Physica Status Solidi (جلد ۲۱۳، شماره‌ی ۳، سال ۲۰۱۶، صفحات ۷۸۴ تا ۸۰۱) به چاپ رسیده است.
نظر شما