Новое исследование подтверждает теоретические прогнозы, что двумерные материалы намного лучше преобразуют отходящую теплоту в электричество, чем трехмерные структуры, обычно используемые для этих целей.
Значительное количество вторичного тепла, вырабатываемого электростанциями и автомобильными двигателями, может быть преобразовано в электричество за счет термоэлектрического эффекта, превращающего разницу температур в ток. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале PNAS, двумерные материалы толщиной в 1 нанометр справляются с этой задачей намного лучше 3D-структур, традиционно используемых в процессе. Работа, проведенная Сунао Шимицу и другими специалистами, может предложить способ улучшения переработки отходящей теплоты в полезную энергию.
Предыдущие исследования предсказали, что 2D-материалы должны обладать лучшими термоэлектрическими свойствами за счет того, что электроны в них более плотно сжаты в меньшем пространстве. Такое состояние меняет способ их выстраивания. В 3D-материалах электроны располагаются непрерывно, а в 2D-структурах их распределение становится квантованным – доступны только некоторые величины. В определенных случаях такое решение требует меньшего количества энергии для перемещения частиц, что повышает эффективность преобразования тепла в электричество.
Ранее эти гипотезы подтверждались только в теории. Повторить их на практике было затруднительно из-за особенностей производства 2D-материалов. Хотя некоторые эксперименты показывали улучшение в определенных структурах, оставалось неясным, как механизм оптимизации согласовывается с прогнозами. В новом исследовании ученые создали 2D-электронный газ на поверхности из оксида цинка. Специалисты показали, что материал по своим термоэлектрическим свойствам близок к объемной версии полупроводника, так как оба решения имеют одну электронную зону. Однако, в процессе преобразования газ оказался почти в 3 раза эффективнее.
Источник: rsute.ru