Isıyı elektrik enerjisine dönüştürmek için kuantum mekanik bir etkinin kullanımına öncülük eden araştırmacılar, tekniklerini endüstriye daha uygun biçimde nasıl hazırlayacaklarını buldular.
Nature Communications’da, Ohio State Üniversitesi’nden mühendisler, daha önce yaptıkları gibi, ince bir filmde değil de, voltaj çıktısını 10 kat veya daha fazla güçlendirerek, nikel ve platin kompozitinde nasıl manyetizmayı kullandıklarını açıklıyor. Bunu gelecekteki elektronik cihazlar için bileşenlere daha yakından benzeyen, daha kalın bir malzeme parçası kullanarak yapıyorlar.
Ohio State’deki araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı Stephen Boona şöyle açıklıyor: “Otomobil motorları gibi birçok elektrikli ve mekanik cihaz, normal çalışmasından fazla olarak ısı üretir. Buna “atık ısı” denir ve varlığı termodinamiğin temel kanunları tarafından gerek duyulur.
Ancak katı hal termoelektrik olarak adlandırılan araştırmaların giderek büyüyen bir alanı ve enerji üretmeyi, genel enerji verimliliğini artırmayı, özel olarak tasarlanmış malzemelerdeki atık ısıyı yakalamayı amaçlıyor.
*The Ohio State Üniversitesi’nde oluşturulan nikel-platin kompozit materyalin transmisyon elektron mikroskop görüntüsünün taranması. Soldaki resim; platin (kırmızı), nikel (yeşil) ve oksijen (mavi) de dahil olmak üzere malzemedeki renk haritalarıdır/Ohio Devlet Üniversitesi
Kullandığımız enerjinin yarısından fazlası boşa çıkıyor; bu da atmosfere ısı olarak giriyor” dedi. “Katı hal termoelektrikler bu enerjiden bazılarını kurtarmamıza yardımcı olabilir. Bu cihazların hareketli parçaları yoktur, aşınmazlar, sağlamdırlar ve bakıma ihtiyaç duymazlar. Ne yazık ki onlar da çok pahalıdır ve yeterince etkili değildirler. Bunu yaygınlaştırmak için çalışıyoruz, bunu değiştirmeye çalışıyoruz. ”
2012’de Joseph Heremans’ın liderliğindeki Ohio State Araştırma Grubu, manyetik alanların, Seebeck Etkisi olarak adlandırılan bir kuantum mekanik etkiyi artırabileceğini ve egzotik nano yapılı malzemelerden yapılan ince filmlerin voltaj çıktısını birkaç mikrovolt’tan birkaç milivolta dönüştürebileceğini söylüyor.
(Seebeck etkisi, sıcaklık farklılıklarının doğrudan elektriğe dönüşümü.)
Bu son gelişmelerde iki çok yaygın metal, platin serpme nikel ile birlikte, birkaç nanovolttan onlarca ya da yüzlerce nanovolta – daha küçük bir gerilime doğru – kompozit çıktıyı yükselttiler, ancak daha basit bir cihazla Nanofabrikasyona ihtiyaç duyulmadan, endüstri açısından kolayca ölçeklenebilir hale getirilebiliyor.
Nanoteknolojideki Ohio Eminent Akademisi ve Mekanik ve Uzay Mühendisliği Profesörü Heremans bir dereceye kadar aynı tekniğin daha kalın materyallerde kullanıldığını söyledi ve ekibe termodinamik ve termoelektriği yöneten denklemleri yeniden düşünmek istediğini açıkladı. Bilim adamları kuantum mekaniği hakkında bilgi sahibi olmadan önce bunu geliştirdiler. Kuantum mekaniği, genellikle, fotonlarla (dalgalar ve ışık parçacıklarıyla), Heremans’ın araştırmaları olan magnonlarla (dalgalar ve manyetizma parçacıklarıyla) ilgilenir.
Heremans açıklamasında; ”Temel olarak, klasik termodinamik, çalışma sıvısı olarak kullanılan buhar motorlarını, havayı, jet motorları veya araba motorlarını kapsar. Termoelektrikler çalışma sıvıları için elektronları kullanır ve bu çalışmada, bizde çalışma sıvısı yerine manyetizasyon kuantumu kullanırız ” dedi.
