دانشمندان ماده مناسبی را برای استفاده در ژنراتورهای ترمو الکتریک بر اساس «اثر غیرعادی نرنست» (ANE) ساختهاند که منیفولد بازده تولید ولتاژ را افزایش میدهد. این دستگاهها را میتوان به راحتی در شکلها و اندازههای انعطافپذیر پوشید تا ابزارهای کوچک را تغذیه کند، بنابراین جایگزین باتری.
اثر ترمو الکتریک مستلزم تبدیل انرژی گرمایی و الکتریسیته است. به نام اثر Seebeck، زمانی که گرما در محل اتصال دو فلز غیرمشابه به پتانسیل الکتریکی تبدیل میشود و عکس آن اثر پلتیه نامیده میشود، یعنی تبدیل پتانسیل الکتریکی به تولید گرما.
گرما به وفور وجود دارد، و گاهی اوقات هدر می رود، که می تواند برای تامین انرژی دستگاه های الکتریکی جمع آوری شود. در گذشته تلاش های زیادی برای توسعه فناوری تجاری مناسب برای برداشت گرما صورت گرفته است. اثری که بر اساس افکت Seebeck ساخته شده بود به دلیل محدودیت های متعدد نتوانست نور روز را ببیند.
پدیده ای کمتر شناخته شده به نام اثر ناهنجار نرنست (ANE)یعنی اعمال گرادیان دما در یک ماده مغناطیسی ولتاژ الکتریکی عمود بر جریان گرما تولید می کند و در گذشته برای برداشت گرما و تبدیل آن به الکتریسیته نیز استفاده می شده است. با این حال، پتانسیل آن برای کمبود مواد مناسب غیر سمی، در دسترس و ارزان قیمت محدود شده است.
به نظر می رسد جستجو برای این ماده مناسب اکنون به پایان رسیده است! محققان اخیراً گزارش کردهاند که آلیاژی غیرسمی، به راحتی در دسترس، ارزان قیمت و شکلپذیری ساختهاند که میتوان آنها را به لایههای نازک تبدیل کرد تا مطابق با الزامات باشد. محققان با استفاده از فرآیند دوپینگ اقدام کردند Fe3Al یا FE3Ga (75% آهن و 25% آلومینیوم یا گالیم). با استفاده از این ماده، ولتاژ تولید شده 20 برابر افزایش یافت.
به نظر می رسد این ماده جدید توسعه یافته بسیار امیدوار کننده است و می تواند برای طراحی مواد نازک و انعطاف پذیر با قابلیت برداشت محصول مورد استفاده قرار گیرد. گرمای زباله به طور موثر برای تبدیل به ولتاژ الکتریکی، به اندازه کافی برای برق دستگاه های کوچک.
کشف این ماده که از نظر خواص کاملاً مناسب است، میتواند به دلیل در دسترس بودن فناوریهای محاسباتی عددی خودکار و پرسرعت امکانپذیر باشد که به طور موثر بر محدودیتهای روش قبلی توسعه مواد مبتنی بر «تکرار» و «تصفیهها» غلبه میکند. .
***
منابع:
1. دانشگاه توکیو 2020. بیانیه مطبوعاتی. عنصر فراوان برای تغذیه دستگاه های کوچک. یک ژنراتور نازک و بر پایه آهن از گرمای هدر رفته برای تامین مقدار کمی نیرو استفاده می کند. ارسال شده در 28 آوریل 28. در دسترس آنلاین در https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html مشاهده شده در 08 مه 2020.
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. فرومغناطیس های دوتایی مبتنی بر آهن برای تبدیل ترموالکتریک عرضی. Nature 581, 53-57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
***