به گزارش روز يكشنبه گروه علمي ايرنا از ستاد ويژه توسعه فناوري نانو رياست جمهوري،ماده ترموالكتريك قطعه جامدي است كه انرژي گرمايي را به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند. برخلاف ماشين‌هاي گرمايي رايج كه داراي اجزاي متحركي هستند، مواد ترموالكتريك هيچ قسمت متحركي ندارد و كاملاً بي‌صدا عمل مي‌كند.
اين مولدهاي برق به مدت 30 سال بدون نياز به نگهداري و تعمير در كاوش‌هاي طولاني فضايي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ترموالكتريك ها در مقايسه با ماشين‌هاي گرمايي رايج بازدهي كمتري دارند، اما براي كاربردهاي كوچك كه توان الكتريكي بالايي مورد نياز نيست، مي‌تواند مفيد باشد. در سال‌هاي اخير تلاش‌هايي در زمينه افزايش بازدهي تبديل انرژي اين مواد صورت گرفته است.
دكتر اشكان ذوالرياستين محقق دانشگاه صنعتي خواجه‌نصيرالدين طوسي با اشاره به ساختارهاي قفس مانند در رابطه با اهداف دنبال شده در اين طرح گفت: هدف از انجام اين طرح توسعه مواد ترموالكتريكي داراي هدايت حرارتي پايين و هدايت الكتريكي بالا بوده است. تركيبات با ساختار قفسي شكل به دليل ريزساختار منحصربه‌فردشان مي‌توانند اين خاصيت را براي ما ايجاد كنند. به‌علاوه افزودن نانوذرات به اين ساختارها و ايجاد ريزساختار نانوكامپوزيتي مي‌تواند اين خاصيت را ارتقا بخشد.
وي افزود:به كمك اين نانوساختارهاي كامپوزيتي مي‌توان هزينه‌هاي مربوط به اتلاف انرژي حرارتي را تا حد زيادي كاهش داد. به‌علاوه با تبديل حرارت اتلافي به برق مي‌توان تا حدودي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي و آلودگي هوا نيز جلوگيري به عمل آورد.اين نانوساختارهاي آزمايشگاهي را مي‌توان در نيروگاه‌هاي حرارتي توليد برق، اگزوز خودروها و مبدل‌هاي حرارتي تركيبي به كار گرفت.
ذوالرياستين در ادامه ساختار اتمي مواد قفسي شكل را تشريح كرد و در خصوص سازوكار رفتار ترموالكتريك اين ساختارها تصريح كرد:ساختار اتمي اين تركيبات به‌گونه‌اي است كه اتم‌ها چارچوبي قفس مانند را براي يك اتم سنگين ايجاد مي‌كند. انتقال حرارت درون اين ماده و عبور فنون‌ها و الكترون‌ها، اتم سنگين حبس شده درون قفس اتمي را به لرزه در مي‌آورد و اين موضوع كاهش انتقال حرارت و افزايش خواص ترموالكتريك را به دنبال دارد. كاهش ابعاد اين قفس‌ها و يا ايجاد ساختار نانوكامپوزيتي منجر به افزايش چشمگير خاصيت ترموالكتريك اين تركيبات مي‌شود.
به گفته وي در طرح حاضر تركيبات با ساختار قفس مانند با اتم حبس شده باريوم در قفس ايجاد شده با اتم‌هاي سيليسيوم يا ژرمانيوم به‌صورت نانوكريستال، نانوسيم و نانوكامپوزيت حاوي نانوذرات سراميكي يوروپيوم تيتانات و كاربيد سيليسيوم با روش‌هاي مختلف سنتز شده‌اند.
ذوالرياستين افزود:فرايندهاي مورد استفاده جهت سنتز اين تركيبات آلياژسازي مكانيكي، پرس گرم، ريسندگي مذاب، پلاسما جرقه‌اي و پرتو يوني متمركزشده بوده است. تأثير پارامترهاي فرايند بر روي اندازه، ريزساختار، خواص فيزيكي و خاصيت ترموالكتريكي مورد بررسي قرار گرفته است.
اين تحقيقات حاصل تلاش‌هاي دكتر اشكان ذوالرياستين – محقق پسادكتراي دانشگاه صنعتي خواجه‌نصيرالدين طوسي- و پژوهشگراني از كشورهاي اتريش، آلمان و سوئيس است.
نتايج اين كار در مجله‌ي Physica Status Solidi (جلد 213، شماره‌ي 3، سال 2016، صفحات 784 تا 801) به چاپ رسيده است.
علمي(1)**1023**1440
تاریخ انتشار: ۲۷ تیر ۱۳۹۵ - ۰۸:۱۸
تهران-ايرنا-محقق دانشگاه صنعتي خواجه‌نصيرالدين طوسي با همكاري پژوهشگراني از كشورهاي اتريش، سوئيس و آلمان مواد نانوساختاري را توليد كرده‌اند كه مي‌توان با استفاده از آن‌ها حرارت تلف‌شده در بخش‌هاي مختلف صنايع را با بازدهي بالا به الكتريسيته تبديل كرد.