تبدیل حرارت تلف شده به برق به کمک نانوساختارهای قفس مانند
ماده ترموالکتریک قطعه جامدی است که انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برخلاف ماشین‌های گرمایی رایج که دارای اجزای متحرکی هستند، مواد ترموالکتریک هیچ قسمت متحرکی ندارد و کاملا بی‌صدا عمل می‌کند.این مولدهای برق به مدت 30 سال بدون نیاز به نگهداری و تعمیر در کاوش‌های طولانی فضایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ترموالکتریک‌ها در مقایسه با ماشین‌های گرمایی رایج بازدهی کمتری دارند، اما برای کاربردهای کوچک که توان الکتریکی بالایی مورد نیاز نیست، می‌تواند مفید باشد.
در سال‌های اخیر تلاش‌هایی در زمینه افزایش بازدهی تبدیل انرژی این مواد صورت گرفته است که از آن جمله می‌توان به طرح تحقیقاتی محققان دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی اشاره کرد.دکتر اشکان ذوالریاستین از محققان این طرح با اشاره به ساختارهای قفس مانند در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: هدف از انجام این طرح توسعه مواد ترموالکتریکی دارای هدایت حرارتی پایین و هدایت الکتریکی بالا بوده است. ترکیبات با ساختار قفسی شکل به دلیل ریزساختار منحصر به فردشان می‌توانند این خاصیت را برای ما ایجاد کنند.
وی اضافه کرد: علاوه بر آن افزودن نانو ذرات به این ساختارها و ایجاد ریزساختار نانوکامپوزیتی می‌تواند این خاصیت را ارتقا بخشد.
ذوالریاستین با تاکید بر این که در این طرح به کمک این نانوساختارهای کامپوزیتی می‌توان هزینه‌های مربوط به اتلاف انرژی حرارتی را تا حد زیادی کاهش داد، یادآور شد: به علاوه با تبدیل حرارت اتلافی به برق می‌توان تا حدودی از مصرف سوخت‌های فسیلی و آلودگی هوا نیز جلوگیری کرد.
این محقق ساختار اتمی مواد قفسی شکل را تشریح کرد و در خصوص سازوکار رفتار ترموالکتریک این ساختارها توضیح داد: ساختار اتمی این ترکیبات به گونه‌ای است که اتم‌ها چارچوبی قفس مانند را برای یک اتم سنگین ایجاد می‌کند. انتقال حرارت درون این ماده و عبور فنون‌ها و الکترون‌ها، اتم سنگین حبس شده درون قفس اتمی را به لرزه در می‌آورد و این موضوع کاهش انتقال حرارت و افزایش خواص ترموالکتریک را به دنبال دارد.
به گفته وی کاهش ابعاد این قفس‌ها و یا ایجاد ساختار نانوکامپوزیتی منجر به افزایش چشمگیر خاصیت ترموالکتریک این ترکیبات می‌شود.
محقق این طرح ادامه داد: در طرح حاضر ترکیبات با ساختار قفس مانند با اتم حبس شده باریوم در قفس ایجاد شده با اتم‌های سیلیسیوم یا ژرمانیوم به صورت نانوکریستال، نانوسیم و نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات سرامیکی یوروپیوم تیتانات و کاربید سیلیسیوم با روش‌های مختلف سنتز شده‌اند.
وی فرایندهای مورد استفاده جهت سنتز این ترکیبات آلیاژسازی مکانیکی را پرس گرم، ریسندگی مذاب، پلاسمای جرقه‌ای و پرتو یونی متمرکز شده ذکر کرد و گفت: تأثیر پارامترهای فرایند بر روی اندازه، ریزساختار، خواص فیزیکی و خاصیت ترموالکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است.وی خاطر نشان کرد: این نانوساختارهای آزمایشگاهی را می‌توان در نیروگاه‌های حرارتی تولید برق، اگزوز خودروها و مبدل‌های حرارتی ترکیبی به کار گرفت.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر اشکان ذوالریاستین محقق پسادکترای دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی و پژوهشگرانی از کشورهای اتریش، آلمان و سوئیس است. نتایج این کار در مجله Physica Status Solidi منتشر شد.
No tags for this post.
