توسعه ماده ترموالکتریک دوستدار محیط‌زیست با قابلیت تبدیل گرما به برق در کره

نوآوری در ساختار و ترکیب

محققان کره‌ای در فرآیند ساخت این ماده، از سلنید نقره استفاده کرده‌اند؛ ترکیبی که از عناصر نسبتاً فراوان نقره و سلنیوم تشکیل شده و جایگزینی ساده‌تر و دوستدار محیط‌زیست برای مواد مشابه محسوب می‌شود. آنها با تولید نانوذرات Ag₂Se از طریق یک فرآیند مبتنی بر محلول و افزودن سلنیوم اضافی، ترکیبی غنی از سلنیوم طراحی کردند. در ادامه، با بهره‌گیری از یک فرآیند حرارتی، موفق به ساخت یک ماده ترموالکتریک حجیم و متراکم شدند که ویژگی‌های منحصربه‌فردی را به نمایش می‌گذارد.

کاربردهای گسترده فناوری ترموالکتریک

این فناوری نویدبخش کاربردهای وسیعی در آینده است. از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به استفاده در سیستم‌های تولید برق کوچک اشاره کرد که توانایی تبدیل گرما به برق را دارند. این سیستم‌ها می‌توانند در بخش‌های مختلفی نظیر فرآیندهای صنعتی، مراکز داده (دیتاسنترها) و سامانه‌های حرارتی خورشیدی به کار گرفته شوند. علاوه بر این، در بلندمدت، این ماده پتانسیل تبدیل شدن به منبع انرژی برای دستگاه‌های پوشیدنی اینترنت اشیا (IoT) و حسگرهای پایش سلامت را نیز دارد که می‌تواند انقلابی در این حوزه‌ها ایجاد کند.

مکانیسم عملکرد و مزایای برجسته

راز این دستاورد علمی در بهره‌گیری از نقطه ذوب نسبتاً پایین سلنیوم نهفته است. در طی فرآیند بازپخت، سلنیوم به حالت مایع درآمده و به فضاهای خالی بین ذرات Ag₂Se نفوذ می‌کند. این نفوذ، منجر به رشد دانه‌ها و افزایش تراکم ساختار می‌شود که به نوبه خود، اتصال بین دانه‌ها را بهبود بخشیده و تخلخل را کاهش می‌دهد. نتیجه این فرآیند، افزایش چشمگیر رسانایی الکتریکی و کاهش رسانایی گرمایی شبکه‌ای است که برای یک ماده ترموالکتریک ایده‌آل محسوب می‌شود.

یکی دیگر از مزایای قابل توجه این ماده، استحکام مکانیکی آن است که بیش از دو برابر مواد مشابه در برابر فشار مقاومت نشان می‌دهد. این ویژگی، امکان استفاده از آن را در ساختارهای پیچیده یا دارای انحنا فراهم می‌آورد و دوام و طول عمر کاربردهای آن را تضمین می‌کند.

جزئیات کامل این پژوهش پیشگامانه در ژورنال معتبر Advanced Composites and Hybrid Materials به چاپ رسیده است.