کریستال‌ ارزان قیمت با قابلیت تولید الکتریسیته از گرما ساخته شد

اکنون دانشمندان کریستال های ارزان قیمتی متشکل از مس، منگنز، ژرمانیوم و گوگرد ساخته اند که قابلیت تولید الکتریسیته از گرما را دارند.

به گزارش تکناک، دستگاه های ترموالکتریک قبلی از عناصر گران قیمت و سمی استفاده می کردند. در تلاش برای تبدیل موثر گرما به الکتریسیته، مواد خام بی ضرر، چشم اندازهای جدیدی را در توسعه مواد ایمن و ارزان به اصطلاح ترموالکتریک باز می کند.

بر اساس مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است، یک کانی مس مصنوعی از طریق تغییرات ساده در ترکیب خود، ساختار و ریزساختار پیچیده‌ای به دست می‌آورد و در نتیجه، پایه‌ای برای خواص مورد نظرماده  ایجاد می‌شود.

ماده مصنوعی جدید از مس، منگنز، ژرمانیوم و گوگرد تشکیل شده است و در یک فرآیند نسبتاً ساده تولید می شود، امانوئل گیلومو، محقق CNRS در آزمایشگاه CRISMAT، کان، فرانسه، که نویسنده مسئول این مطالعه است، توضیح می دهد: پودرها به سادگی توسط آسیاب توپی به صورت مکانیکی آلیاژ می شوند تا یک فاز پیش کریستال شده تشکیل شود که سپس تا 600 درجه سانتیگراد متراکم می شود. این فرآیند را می توان به راحتی افزایش داد.

مواد ترموالکتریک قابلیت تولید الکتریسیته از گرما را دارا هستند. این امر به ویژه در فرآیندهای صنعتی که در آن گرمای هدر رفته به عنوان نیروی الکتریکی ارزشمند مجدداً استفاده می شود مفید است. رویکرد معکوس، خنک کردن قطعات الکترونیکی است، به عنوان مثال، در گوشی های هوشمند یا اتومبیل. مواد مورد استفاده برای این نوع کاربردها باید نه تنها کارآمد، بلکه ارزان و بالاتر از همه برای سلامتی ایمن باشند.

با این حال، دستگاه های ترموالکتریک مورد استفاده تا به امروز از عناصر گران قیمت و سمی مانند سرب و تلوریم استفاده می کنند که بهترین راندمان تبدیل را ارائه می دهند. امانوئل گیلمو و تیمش برای یافتن جایگزین‌های ایمن‌تر به مشتقاتی از کانی‌های سولفیدی طبیعی مبتنی بر مس روی آورده‌اند. این مشتقات معدنی عمدتاً از عناصر غیر سمی و فراوان تشکیل شده اند و برخی از آنها دارای خواص ترموالکتریک هستند.

اکنون، این تیم موفق به تولید یک سری مواد ترموالکتریک شده است. این مواد دو ساختار کریستالی را در یک ماده را  نشان می دهد

امانوئل گیلمو در توصیف این کشف می گوید :ما از نتیجه بسیار شگفت زده شدیم. معمولاً تغییر جزئی ترکیب تأثیر کمی بر ساختار در این دسته از مواد دارد.

این تیم دریافت که جایگزینی بخش کوچکی از منگنز با مس، ریزساختارهای پیچیده‌ای با نانودامنه‌های به هم پیوسته، نقص‌ها و رابط‌های منسجم ایجاد می‌کند که بر خواص انتقال ماده برای الکترون‌ها و گرما تأثیر می‌گذارد.

گیلمو می گوید که مواد جدید تولید شده تا 400 درجه سانتیگراد (750 درجه فارنهایت) پایدار است، که محدوده ای در محدوده دمای هدر رفت اکثر صنایع است. او متقاعد شده است که بر اساس این کشف، مواد ترموالکتریک ارزان‌تر و غیرسمی جدید می‌توانند برای جایگزینی مواد مشکل‌سازتر طراحی شوند.