AILINCOM логотипі AILINCOM
Cursus

Cursus

2025 ж. 27 мам.
Основная категория
Ғылыми зерттеулер және әзірлемелер · Биотехнологиялар
Дополнительные
Энергетика және ресурстар · Энергетикалық инфрақұрылымЭкология және қоршаған орта · Жасыл технологиялар

Монокристалл β-Zn4Sb3: дешевый путь к энергии из тепла

Монокристалл β-Zn4Sb3: дешевый путь к энергии из тепла

Ученые раскрыли механизм повышения эффективности β-Zn4Sb3 — термоэлектрика без редких элементов, способного преобразовывать тепло в электричество с рекордной эффективностью.

Cursus

Исследовательская группа разработала способ значительно повысить эффективность перспективного материала для сбора энергии — без использования редких или дорогих элементов. Речь идет о соединении β-Zn4Sb3, которое не содержит теллура и способно преобразовывать тепловые потери в электричество.

В своей работе, опубликованной в журнале Advanced Science, ученые применили передовые методы нейтронного рассеяния, чтобы изучить кристаллическую структуру материала. Они сделали неожиданное открытие: внутри кристалла атомы "гремят" в своих положениях, вызывая нарушения в распространении тепловых колебаний — фононов. Этот эффект, называемый "избежанием пересечения" (phonon avoided crossing), резко снижает теплопроводность материала, что является большим плюсом для термоэлектрических устройств.

Дополнительно, оказалось, что монокристаллическая форма β-Zn4Sb3 проводит электричество лучше, чем поликристаллическая, обеспечивая высокую эффективность преобразования энергии — 1,4%. Такие результаты доказывают: умелое управление фононами открывает путь к экологичным и эффективным решениям для преобразования тепла в электричество.

В термоэлектриках явление avoided crossing связано с взаимодействием между распространяющимися фононами и локализованными вибрациями, при котором их энергетические спектры не пересекаются, а отталкиваются друг от друга. Обычно это происходит при определённых симметриях кристалла или тесной связи между колебательными модами.

Однако в случае с монокристаллом β-Zn4Sb3 ученые обнаружили неожиданный avoided crossing, что указывает на уникальное поведение фононов, отличающееся от других термоэлектрических материалов.

В работе подробно анализируется эффективность β-Zn4Sb3 без теллура на уровне микроскопических механизмов, приводящих к ультранизкой решеточной теплопроводности (κL). С помощью неупругого нейтронного рассеяния (INS) впервые было экспериментально зафиксировано взаимодействие между продольными акустическими фононами и низкоэнергетическими "гремящими" модами, приводящее к avoided crossing. В результате скорость распространения фононов снижалась с 4000 м/с до 591 м/с, а их время жизни уменьшалось до менее чем 1 пикосекунды, что существенно ограничивает передачу тепла.

Монокристалл β-Zn4Sb3 достигает удивительно низкой теплопроводности — около 0,36 Вт/(м·К) в диапазоне температур 300–600 К, а максимальный термоэлектрический коэффициент эффективности (zT) составляет 1,0 при 623 К. Тестирование устройства показало эффективность преобразования (η) 1,4% в одномодульном термоэлектрическом элементе — один из лучших результатов для не легированного Zn4Sb3.

Структурный анализ с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) выявил отсутствие границ зерен и равномерное распределение моаровых полос, возникающих из-за вариаций содержания цинка. Эти наномасштабные особенности дополнительно усиливают рассеяние фононов, не ухудшая электронные свойства. По сравнению с поликристаллическими образцами монокристалл отличается значительно лучшей электропроводностью благодаря минимальному числу дефектов и оптимальной подвижности носителей заряда.

«Этот прорыв показывает, как можно управлять тепловыми потоками для создания более эффективных и экологичных энергетических технологий — без зависимости от дефицитных ресурсов», — отмечает профессор Хсин-Джэй Ву.

0 —

Пікірлер (0)

Ыстық

Qnap бейнеөндіріс үшін жаңа NAS құрылғыларын таныстырды

2026 ж. 02 қаз.02.10.26 · 0 реакция

Tesla 30 млрд доллар көлемінде несиелік желілер ашты

2026 ж. 02 қаз.02.10.26 · 0 реакция

Әуе тасымалдары өсіп келеді, бірақ жаңа ережелер нарықты қиындатып отыр

2026 ж. 01 қаз.01.10.26 · 0 реакция
Ұсынылған
Бұлтты есептеу

Qnap бейнеөндіріс үшін жаңа NAS құрылғыларын таныстырды

Qnap бейнеөндіріс міндеттеріне арналған және жоғары жылдамдықтағы деректерді беру үшін USB4 порттарымен жабдықталған үш жаңа NAS жүйесін ұсынды. Бұл құрылғылар әртүрлі қосылу режимдерін қолдайды және үлкен сыйымдылықтағы қатқыл дискілер мен SSD-лерді пайдалануға арналған.

Қаржылық талдау

Tesla 30 млрд доллар көлемінде несиелік желілер ашты

Tesla табыстың төмендеуі мен күрделі шығындардың өсуі аясында ірі инвестицияларды қаржыландыру үшін 30 миллиард долларлық несиелік желілер ашты. Жаңа келісім компанияның бизнеске қысым күшейген жағдайда қаржылық мүмкіндіктерін кеңейтеді.

Көлік логистикасы

Әуе тасымалдары өсіп келеді, бірақ жаңа ережелер нарықты қиындатып отыр

Әуе тасымалдары логистиканың барған сайын маңызды бөлігіне айналуда, әсіресе теңіз тасымалдарының тұрақсыздығы аясында. Алайда, әуе жүкқұжаттарын рәсімдеудің жаңа ережелері нарық қатысушылары үшін қосымша қиындықтар мен тәуекелдер туғызуда.