اخیرا راهبردی برای افزایش عملکرد مواد ترموالکتریک ارائه شده است. محققان به مواد ترموالکتریک نقاط کوانتومی از جنس ماده اصلی اضافه می‌کنند که این کار موجب بالا رفتن کارایی ماده می‌شود.


مواد ترموالکتریک با عملکرد بالا می‌توانند گرما را به الکتریسیته تبدیل کنند، بنابراین می‌توان انتظار داشت که روزی این مواد بتوانند به عنوان ابزاری برای تبدیل انرژی هدر رفته در سیستم‌های الکترونیکی به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. اما برای رسیدن به این نقطه باید کارایی این سیستم‌ها را بهبود داد.
یکی از محققان دانشگاه میشیگان موفق شده با افزایش کارایی این سیستم یک گام در مسیر تجاری‌سازی این ایده به جلو بردارد. پیر فردیناند پودو، استادیار دانشگاه میشیگان با مهندسی و دستکاری این مواد در مقیاس اتمی موفق به انجام این کار شده است. این محقق موفق شده تا کارایی این مواد را در تبدیل گرما به الکتریسیته تا 200 افزایش دهد. از سوی دیگر این محقق هدایت الکتریکی این مواد را تا 43 درصد افزایش داده است. در واقع در این پروژه دو ویژگی به صورت همزمان بهبود پیدا کرده‌اند. این دو موضوع یک چالش بزرگ برای محققان این عرصه بوده است.
ماده‌ای که پودو مورد استفاده قرار داده آلیاژی از تیتانیوم، زیرکونیوم، قلع و نیکل است. هر چند این ماده اثر ترموالکتریک ویژه‌ای نداشته اما پودو تلاش کرد تا روی آن کار کند.
پودو می‌گوید اگر ما بخواهیم یک مولد بسازیم تا حرارت هدر رفته را به الکتریسیته تبدیل کند و آن را جایگزین فناوری‌های فعلی کنیم، باید مواد ترموالکتریک با کارایی بالا در آنها استفاده کرد. ما باید بتوانیم کارایی مواد ترموالکتریکی را به دو برابر مقدار فعلی برسانیم.
پودو می‌گوید راهبرد مبتنی بر فناوری نانو که او انتخاب کرده می‌تواند ما را به این هدف برساند. این راهبرد کاملا با روش‌های فعلی مبتنی بر مواد شیمیایی نظیر تقویت کردن، متفاوت است. در روش تقویت کردن، محققان به مواد ترموالکتریک ناخالصی اعمال می‌کنند تا با این کار خواص الکترونیکی آن را تغییر دهند. در واقع با تقویت ساختاری هدایت الکتریکی ماده افزایش می‌یاید. در مواد ترموالکتریک، تقویت کردن می‌تواند اثر عکس در ماده داشته باشد زیرا گاهی ناخالصی موجب مسدود کردن مسیر تبدیل گرما به الکتریسیته می‌شود.
در این راهبرد جدید، پودو به ماده اصلی، اتمی از جنس خودش اضافه می‌کند، این اتم‌های مازاد وارد ساختار ماده شده و سایت‌های اتمی خالی را پر می‌کند. این اتم‌ها، که به آن نقاط کوانتومی گفته می‌شود، مسیر الکترون‌های کم انرژی را مسدود می‌کنند در حالی که مسیر الکترون‌های پر انرژی را برای تولید جریان هموار می‌کنند.



منبع : Nano-engineering boosts efficiency of materials that convert waste heat to electrical energy