تستخدم الأجهزة الكهروحرارية الحالية عناصر باهظة الثمن وسامة. ابتكر العلماء مؤخراً بلورات غير مكلفة تتكون من النحاس والمنغنيز والجرمانيوم والكبريت التي يمكنها تحويل الحرارة بكفاءة إلى كهرباء.
معدن كبريتيد اصطناعي بخصائص كهروحرارية.
في محاولة لتحويل الحرارة بكفاءة عالية إلى كهرباء ، تفتح المواد التي يسهل الوصول إليها من المواد الخام غير الضارة آفاقًا جديدة في تطوير ما يسمى بمواد كهروحرارية آمنة وغير مكلفة. يكتسب معدن النحاس الاصطناعي هيكلًا معقدًا وبنية مجهرية من خلال تغييرات بسيطة في تركيبته ، وبالتالي وضع الأساس للخصائص المرغوبة ، وفقًا لدراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Angewandte Chemie.
تتكون المادة الاصطناعية الجديدة من النحاس والمنغنيز والجرمانيوم والكبريت ، ويتم إنتاجها في عملية بسيطة إلى حد ما ، كما يشرح عالم المواد إيمانويل جيلمو ، باحث CNRS في مختبر CRISMAT ، كاين ، فرنسا ، وهو المؤلف المقابل للدراسة. . "يتم خلط المساحيق ميكانيكيًا بالطحن بالكرات لتشكيل مرحلة ما قبل التبلور ، والتي يتم تكثيفها بعد ذلك بمقدار 600 درجة مئوية. يمكن توسيع نطاق هذه العملية بسهولة ، كما يقول.
المواد الحرارية تحول الحرارة إلى كهرباء. هذا مفيد بشكل خاص في العمليات الصناعية حيث يتم إعادة استخدام الحرارة المهدرة كطاقة كهربائية قيمة. النهج المعاكس هو تبريد الأجزاء الإلكترونية ، على سبيل المثال ، في الهواتف الذكية أو السيارات. يجب ألا تكون المواد المستخدمة في هذه الأنواع من التطبيقات فعالة فحسب ، بل يجب أن تكون أيضًا غير مكلفة ، وقبل كل شيء ، آمنة للصحة.
ومع ذلك ، فإن الأجهزة الكهروحرارية المستخدمة حتى الآن تستخدم عناصر باهظة الثمن وسامة مثل الرصاص والتيلوريوم ، والتي توفر أفضل كفاءة تحويل. للعثور على بدائل أكثر أمانًا ، لجأ إيمانويل جيلمو وفريقه إلى مشتقات معادن كبريتيد النحاس الطبيعي. تتكون هذه المشتقات المعدنية بشكل أساسي من عناصر غير سامة وفيرة ، وبعضها له خصائص كهروحرارية.
الآن ، نجح الفريق في إنتاج سلسلة من المواد الكهروحرارية تظهر بنيتين بلوريتين داخل نفس المادة. "لقد فوجئنا للغاية بالنتيجة. عادةً ما يكون للتغيير الطفيف في التركيب تأثير ضئيل على بنية هذه الفئة من المواد ، "كما يقول إيمانويل جيلمو الذي يصف اكتشافهم.
وجد الفريق أن استبدال جزء صغير من المنجنيز بالنحاس أنتج بنى مجهرية معقدة بنطاقات نانوية مترابطة وعيوب وواجهات متماسكة ، مما أثر على خصائص نقل المواد للإلكترونات والحرارة.
يقول إيمانويل جيلمو أن المادة الجديدة المنتجة مستقرة حتى 400 درجة مئوية (750 درجة فهرنهايت). هذا هو نطاق درجة الحرارة الذي يقع ضمن نطاق درجة الحرارة المهدرة لمعظم الصناعات. إنه مقتنع ، بناءً على هذا الاكتشاف ، أنه يمكن تصميم مواد كهرو حرارية جديدة أرخص وغير سامة لتحل محل المواد الأكثر إشكالية.
المصدر: