Druk verbetert het vermogen van materialen om warmte in elektriciteit om te zetten en kan mogelijk worden gebruikt om schone generatoren te maken, volgens nieuw werk van een team dat Carnegie's Alexander Goncharov en Viktor Struzhkin omvat, gepubliceerd in Natuurmaterialen .

Alternatieve energiebronnen zijn de sleutel tot het tegengaan van klimaatverandering veroorzaakt door koolstofemissies. Verbindingen met thermo-elektrische eigenschappen kunnen de aangeboren, fysieke behoefte om zich van een warme plaats naar een koude plaats in energie te verspreiden - het oogsten van elektriciteit uit het temperatuurverschil. In theorie, generatoren die van deze materialen zijn gemaakt, kunnen worden gebruikt om elektriciteit terug te winnen uit "verspilde" warmte die wordt afgegeven door andere processen, een belangrijke bijdrage leveren aan het energiebudget van het land.

Echter, ingenieurs zijn in 60 jaar niet in staat geweest om de kamertemperatuurprestaties van thermo-elektrische materialen te verbeteren, wat betekent dat apparaten die zijn gebouwd om van deze mogelijkheid te profiteren alleen praktisch zijn voor een aantal zeer specifieke toepassingen, inclusief afgelegen gaspijpleidingen en ruimtevaartuigen.

"Onze meting van de efficiëntie van thermo-elektriciteit bij kamertemperatuur is in meer dan een halve eeuw niet veranderd, " zei Goncharov. "Thermo-elektrische verbindingen hebben verbeterde prestaties aangetoond bij hoge temperaturen, maar we hebben ze echt nodig om goed te werken bij kamertemperatuur om het meeste uit hun potentieel voor groene energie te halen."

Dit is precies het soort probleem waar de materiaalwetenschap geschikt voor is.

Het onderzoeksteam - onder leiding van Liu-Cheng Chen van het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research - ontdekte dat ze het thermo-elektrische vermogen van loodselenide konden verbeteren door druk uit te oefenen en geladen chroomdeeltjes te mengen.

Door het materiaal in de diamanten aambeeldcel samen te drukken - die als een soort "chemische druk" werkte - en het chroom toe te voegen, het loodselenide werd aangemoedigd om een ​​structurele herschikking op atomair niveau uit te voeren, waardoor de meest efficiënte demonstratie van thermo-elektrische opwekking op kamertemperatuur ooit mogelijk is.

Onder 30, 000 keer normale atmosferische druk, het met chroom gedoteerde loodselenide was in staat om elektriciteit te produceren met dezelfde efficiëntie als de best presterende thermo-elektrische materialen bij 27 graden Celsius (80 graden Fahrenheit).

"Ons werk presenteert een nieuwe manier om compressietechnieken te gebruiken om de thermo-elektrische prestaties te verbeteren, brengt ons dichter bij praktische toepassingen die de klimaatverandering kunnen helpen bestrijden, " concludeerde Xiao-Jia Chen van het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (voorheen van Carnegie).