GERÇEĞE BİR ADIM DAHA;ISIYI ELEKTRİĞE DÖNÜŞTÜREN CİHAZLAR
“Isıyı elektrik enerjisine dönüştürmede kuantum mekanik etkisinin kullanımına öncülük eden araştırmacılar, tekniklerini endüstriye daha uygun biçimde nasıl hazırlayacaklarını anladılar.”
Nature Communications’da, Ohio State Üniversitesi’nden mühendisler, daha önce yaptıkları gibi ince bir tabakada değil,gelecekteki elektronik cihazların bileşenlere daha yakından benzeyen daha kalın bir parçada materyalde voltaj çıktısını 10 kat veya daha fazla güçlendirmek için nikel ve platin bileşiğinde manyetizmayı nasıl kullandıklarını açıklıyor;
Otomobil motorları gibi bir çok elektrikli ve mekanik cihaz, normal çalışmasının yan ürünü olarak ısı üretir. Buna “atık ısı” denir ve yazar Stephen Boona’nın çalışmasında açıklandığı üzere,
varlığı termodinamiğin temel kanunları tarafından gereklidir.
Ancak katı hal termoelektrik olarak adlandırılan araştırmaların giderek büyüyen bir alanı, enerji üretmek ve genel enerji verimliliğini artırmak için özel olarak tasarlanmış malzemelerdeki atık ısıyı yakalamayı amaçlamaktadır.
Ohio State’deki doktora sonrası araştırmacı Boona, kullandığımız enerjinin yarısından fazlasının boşa harcandığını ve atmosfere ısı olarak girdiğini belirtiyor.Ayrıca “Katı hal termoelektrikler bu enerjiden birkısmını kurtarmamıza yardımcı olabilir.Bu cihazların hareketli parçaları yoktur, aşınmazlar, sağlamdırlar ve bakıma ihtiyaç duymazlar.Ne yazık ki bugüne kadar çok pahalıydı ve yaygın kullanım için yeterince etkili değildi. Bunu değiştirmeye çalışıyoruz. “dedi.
2012’de Joseph Heremans’ın liderliğindeki aynı Ohio State araştırma grubu, manyetik alanların spin Seebeck etkisi olarak adlandırılan bir kuantum mekanik etkiyi artırabileceğini ve böylece egzotik nano yapılı malzemelerden yapılan ince filmlerin voltaj çıktısını birkaç mikrovolttan birkaç.milivolta artacağını belirtti.
Bu en son gelişmelerde iki çok yaygın metalin-küçük bir miktar platin ve nikel-bileşiğinin verimini birkaç nanovolttan onlarca ya da yüzlerce nanovolta yükselttiler.Bu da daha küçük voltajla, nanofabrication gerektirmeyen ve endüstri için kolayca çoğaltılabilecek daha basit bir cihazlar anlamına gelmekte.
Mekanik ve uzay mühendisliği profesörü olan Heremans ve Nanoteknolojideki Ohio Eminent Akademisi, bir dereceye kadar aynı tekniğin daha kalın materyallerde kullanımının o ve ekibini kuantum mekaniği hakkında bilgi sahibi olmadan önce geliştirilen termodinamik ve termoelektriği yöneten denklemleri yeniden düşünmeye sevk ettiğini söyledi. Ayrıca kuantum mekaniği genellikle fotonlarla – dalgalar ve ışık parçacıkları –ile ilgilenirken Heremans’ın araştırmaları magnonlarla – dalgalar ve manyetizma parçacıkları – ilgilenir.
Heremans “Temel olarak, klasik termodinamik, buharı bir çalışma sıvısı olarak kullanan buhar motorlarını veya havayı bir çalışma sıvısı olarak kullanan jet motorları veya araba motorlarını kapsar .. Termoelektrikler, elektronları çalışma sıvısı olarak kullanır ve biz bu çalışmada, manyetizasyon kuantumu yada çalışma sıvısı olarak ‘magnonları’ kullanıyoruz ” dedi.
Magnon tabanlı termodinamideki araştırma bugüne kadar her zaman ince filmlerde -belki de birkaç atom kalınlığında- yapıldı ve belki de en iyi performans gösteren filmler çok küçük gerilimler üretiyor.
2012 yılındaki tezlerinde ekip, magnezyum ile elektronları termoelektrik malzemelerden geçirmek için vuruş yaptığını açıkladı. Mevcut Nature Communications tezinde, aynı tekniğin, atık ısı geri kazanımını daha da iyileştirmek için büyük miktarlar halinde kompozit malzemelerde de kullanılabileceğini gösterdiler.
Daha önce yapmış olabilecekleri gibi bir manyetik materyalin üzerine ince bir tabaka platin uygulamak yerine, araştırmacılar, manyetik bir materyalin (bu durumda, nikel) rastgele çok az platin nanopartikül dağıttı. Ortaya çıkan bileşik, Seebeck eğrisi etkisinden dolayı voltaj çıkışı üretti. Bu, verilen miktarda ısı için, kompozit malzeme, her iki malzemenin de kendi başına daha fazla elektrik enerjisi ürettiği anlamına gelir. Kompozitin tamamı elektriksel olarak iletken olduğundan, diğer elektrikli bileşenler bir filmle karşılaştırıldığında daha yüksek bir verimlilikle gerilim çekebilir.
Kompozit henüz gerçek dünyadaki bir cihazın parçası değilken, Heremans, bu çalışma ile kurulan prensip kanıtı, araba ve jet motorları da dahil olmak üzere ortak atık ısı üreticilerine yönelik daha fazla araştırmaya ilham vereceğine inanıyor. Heremans, fikrin çok genel olduğunu, platin gibi pahalı metalleri veya ince film büyütme gibi hassas işlem prosedürlerini gerektirmeyen tamamen yeni yaklaşımlar sağlayarak çeşitli malzeme kombinasyonlarına uygulanabileceğini belirtti.
Kaynak:sciencedaily
Çevirİ:Fatma Karataş
İçerik Ohio State Üniversitesi tarafından sağlananmış, orijinali Matt Schutte tarafından yazılmıştır. Not: İçerik stil ve uzunluk için düzenlenebilir.