परमाणु क्रिस्टल में खड़खड़ करते हैं

कुशल थर्मोइलेक्ट्रिसिटी के लिए शोधकर्ता एक कारक को परिभाषित कर रहे हैं

जस्ता सुरमा क्रिस्टल जाली में परमाणु डंबल्स इसकी तापीय चालकता को कम करते हैं। यह इस मिश्र धातु के अच्छे थर्मोइलेक्ट्रिक गुणों, फॉर्स्चुंगज़ेंट्रम जुलीच के ठोस-राज्य शोधकर्ताओं द्वारा पाया गया है। नीले गोले: सुरमा परमाणु, लाल क्षेत्र: जस्ता परमाणु। © फोर्शचुंग्सजेंट्रम जुलीच
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रॉटलिंग परमाणु जोड़े क्रिस्टलीय पदार्थों की तापीय चालकता को विशेष रूप से अच्छी तरह से कम करते हैं: यह अब फिशचुंगज़ेंट्रम जुलीच के भौतिकविदों द्वारा खोजा गया है। क्रिस्टल में स्वतंत्र रूप से झूलते हुए भारी, डम्बल-आकार की संरचनाएं इसलिए कम तापीय चालकता और उच्च विद्युत चालकता वाली सामग्रियों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती हैं।

यह थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की दक्षता में वृद्धि करेगा जो तापमान अंतर से बिजली का उत्पादन करता है। इससे पहले अप्रयुक्त अपशिष्ट गर्मी आर्थिक रूप से दिलचस्प हो सकती है, पत्रिका "भौतिक समीक्षा पत्र" के वर्तमान ऑनलाइन संस्करण में वैज्ञानिक।

"हमारे निष्कर्ष कभी अधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की तलाश में पूरी तरह से नए रास्ते खोलते हैं, " ज्यूरिख इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट रिसर्च से वर्नर श्विका और राफेल हरमन बताते हैं। लक्ष्य स्पष्ट है: अपशिष्ट गर्मी जो आज भी खोई हुई है, उदाहरण के लिए अपशिष्ट जल संयंत्रों, मोटर वाहनों या संयुक्त ताप और बिजली संयंत्रों में, ऊर्जा की वसूली के लिए पूरी तरह से यथासंभव उपयोग किया जाना चाहिए ताकि एक साथ जलवायु संरक्षण में योगदान दिया जा सके।

सुधार की आवश्यकता में दक्षता

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री एक तापमान ढाल के संपर्क में आने पर विद्युत वोल्टेज उत्पन्न करती है। इस घटना का उपयोग विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर में किया जाता है। फिलहाल, सामग्री की बिजली में रूपांतरण दक्षता खराब है और अधिकतम आठ प्रतिशत है।

तुलनात्मक रूप से, कोयला आधारित बिजली संयंत्रों की दक्षता 45 प्रतिशत तक है। यह विशेष अनुप्रयोगों जैसे कि अंतरिक्ष यात्रा के लिए जनरेटर के उपयोग को सीमित करता है। बेहतर दक्षता प्राप्त करने के लिए, ऐसी सामग्रियों की आवश्यकता होती है जो बिजली का संचालन अच्छी तरह से करती हैं, लेकिन खराब गर्मी। चुनौती यह है कि अच्छे कंडक्टर आमतौर पर गर्मी के अच्छे कंडक्टर होते हैं। इस तरह की सामग्री को नियमित रूप से जाली संरचना द्वारा परमाणु स्तर पर चित्रित किया जाता है। विद्युत इलेक्ट्रॉन धाराओं के रूप में फैलता है, जाली कंपन के रूप में गर्मी होती है, जो सामग्री के माध्यम से चलती है। हालांकि जाली संरचना में अनियमितताएं, जैसे कि लापता परमाणु, तापीय चालकता को कम कर सकते हैं, लेकिन विद्युत चालकता को भी प्रभावित करते हैं। प्रदर्शन

श्वेयिका और हरमन ने अब यह समझा दिया है कि एक प्रसिद्ध अच्छी थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री का परमाणु खाका स्पष्ट रूप से असंगत गुणों के संयोजन की अनुमति कैसे देता है। ज्यूलिक शोधकर्ताओं ने न्यूट्रॉन बिखरने वाले प्रयोगों और गर्मी क्षमता माप की मदद से जस्ता-सुरमा मिश्र धातु की कम तापीय चालकता के कारण की जांच की है।

अज्ञात रूप से गतिशील विकार

उन्होंने तथाकथित डायनामिक डिसऑर्डर का एक हिटरो अज्ञात रूप खोजा, जो इस अर्ध-धातु में गर्मी के प्रसार में बाधा डालता है: जिंक एंटीमनी में एक नियमित क्रिस्टल संरचना होती है, जिसमें परमाणु डंबल्स अपेक्षाकृत बड़े होते हैं वजन शिथिल होते हैं। जब गर्मी की तरंगें सामग्री से गुजरती हैं, तो डंबल भी कंपन में सेट होते हैं। गर्मी की लहरों पर समुद्र के पानी पर एक तट के सामने ब्रेकर के रूप में एक समान परेशान प्रभाव पड़ता है। मुख्य आकर्षण: विद्युत चालकता बाधा नहीं है।

2003 की शुरुआत में, हरमन यह साबित करने में सक्षम था कि व्यक्तिगत परमाणु, क्रिस्टलीय पिंजरे की संरचनाओं में कैद हो गए, क्रिस्टल लैटिस से स्वतंत्र रूप से कंपन करते हैं और तापीय चालकता को कम करते हैं। अब उन्होंने और उनके सहयोगियों ने साबित कर दिया कि पिंजरे जैसी संरचना ऐसे स्थानीय कंपन के लिए एक शर्त नहीं है।

(आईडीडब्ल्यू - फोर्सचुंगज़ेंट्रम जोलिच, 20.09.2007 - डीएलओ)