16 년 2020 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 열전 재료는 열을 전기로 변환하여 지속 가능한 에너지 생산에 매우 매력적입니다. 특히 산업이 에너지의 XNUMX/XNUMX 이상을 열로 낭비 할 수 있다는 점을 감안할 때 특히 그렇습니다. 그러나 현재 열전 에너지의 대량 생산은 낮은 에너지 변환 효율로 인해 제한됩니다. 그러나 이제 TU Delft의 재료 과학 및 공학과의 연구원 인 Biswanath Dutta와 Poulumi Dey는 열전 재료의 나노 구조가 어떻게 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는지 설명 할 수 있었을뿐만 아니라 나노 물질을 제조하는 상업적으로 더 매력적인 방법을 제안했습니다. 구조화 된 열전 재료로 열전 에너지의 대량 생산 가능성을 높입니다. 그들의 결과는 나노 에너지 ("비정질 전구체의 결정화를 통한 나노 구조 NbCoSn 기반 열전 재료 조정"). Dutta와 Dey의 작업의 출발점은 NbCoSn half-Heusler 화합물이라고 불리는 잘 알려진 열전 물질을 사용하는 한국의 공동 연구원이 제공 한 실험 결과였습니다. "이것은 기본적으로 특정 원소를 넣는 특정 유형의 결정 구조입니다.이 경우에는 니오브, 코발트 및 주석"이라고 Dutta는 설명합니다. "그리고 각 요소의 양과 위치를 모두 가지고 놀아 보면 – 예를 들어 코발트 대신에 더 많은 니오븀을 넣는 – 그것이 재료의 전반적인 효율성에 어떤 영향을 미치는지 볼 수 있습니다." 한국 협력자들의 결과는 특정 온도에서 특정 종류의 나노 구조가이 물질 내에 형성된다는 것을 보여주었습니다. 그래서 Dutta와 Dey는 이러한 관찰을 바탕으로 이론적 시뮬레이션을 실행했습니다.“먼저 우리는 하나 또는 두 개의 추가 코발트 원자를 다양한 위치에 추가하는 효과를 시뮬레이션하여 이것이 효율성을 증가 시킬지 여부를 알아 냈습니다.”라고 Dey는 말합니다. "이 여분의 코발트의 위치는이 물질의 전체 성능에 정말 중요한 역할을한다는 것이 밝혀졌습니다. 실험을 수행하는 팀은 측정 해상도를 넘어서서 실제로 설명 할 수 없었습니다."
또한 Dutta와 Dey는 '에너지 필터링'으로 알려진 효과를 입증 할 수있었습니다. "이를 특정 에너지 이하의 전자에 대한 일종의 장벽으로 생각할 수 있으며 이는 결과적으로 전체 전기 전도도를 향상시킵니다."라고 Dutta는 설명합니다. . "저에너지 전자를 걸러 내고 고 에너지 전자가 통과하도록 허용함으로써 전체적인 효율성이 증가합니다." Dey는“나노 구조 효과입니다. “나머지 물질에서 나노 구조의 형성과 그 사이의 계면이 장벽 역할을하므로 이러한 나노 구조가 없다면 계면이 없기 때문에이 효과를 갖지 못할 것입니다. 그러나 이러한 나노 구조가 형성되 자마자 저에너지 전자는 차단하지만 고 에너지 전자는 통과시켜 전체 에너지 효율이 증가하는 인터페이스를 얻게됩니다.” 궁극적으로 TU Delft 시뮬레이션은이 맞춤형 NbCoSn 열전 재료에서 에너지 효율이 증가하는 두 가지 이유를 제시했습니다. 즉, 격자 구조 내의 Interstitial 사이트라고하는 특정 위치에 추가 코발트 원자가 존재하고 에너지 필터링 효과도 있습니다. 더욱이,이 나노 구조의 열전 재료가 왜 더 에너지 효율적인지에 대한 더 나은 이해는 열전 에너지를 대량 생산할 수있는 더 나은 방법을 제안합니다. “현재 나노 구조의 열전 재료는 미리 형성된 구조를 분쇄하고 가열하는 길고 엄격한 공정을 통해 만들어집니다.”Dutta는 설명합니다.“이는 시간과 에너지를 모두 소비하므로 대량 생산에는 적합하지 않습니다.” 따라서 기존의 경로를 따르지 않고 "구조화되지 않은"또는 비정질 재료로 시작하는 것이 좋습니다. "비정질 재료로 시작하는 이점은 기본 구조가 없기 때문에 갈 필요가 없다는 것입니다. 균질화를위한이 긴 분쇄 및 가열 과정을 통해. 따라서 에너지 효율이 높아 열전 에너지의 대량 생산에 훨씬 더 유용합니다.” 고온 열 회수 작업을하는 모든 산업에 희소식입니다.
