Термоэлектрические материалы, которые умеют убирать энергию, которая выделяюется в виде тепла, могут в недалеком будущем обеспечивать приток возобновляемых и экологически чистых ресурсов электричества. Но пока что они не могут обеспечить требуемой для данного уровня эффективности.
Пьер Пуду, ученый из Университета штата Мичиган, очень существенно продвинулся в данном направлении. Он оптимизировал структуру полупроводникового материала на уровне собственно атомов, и таким образом он смог добиться роста способности преобразовывать тепло в электричество на в 2 раза, а электропроводности – на 43%.
Материал, который был использован в эксперименте, представляет из себя сплав циркония, титана, олова и никеля. По словам Пуду, будучи посредственным термоэлектриком, его удобно использовать чтобы проверять концепции и разработки методики. Для настоящего прорыва в преобразовании энергии тепла нужно применить полученные нанотехнологии к материалам, которые лидируют в своем виде.
Стратегия, которую реализовали ученые, отличалась от подходов к данной проблеме многих других ученых. Вместо легирования материалов другими примесями, он вводил дополнительные атомы уже находящихся там атомов никеля. В структуре материала они делали заполнение некоторой часть атомных вакансий и при этом формировали так называемые «квантовые очки» — это наноструктуры, которые управляются квантовыми законами. Квантовые точки работают в роли ловушки, с одной стороны, не разрешая электронам со слабой энергией уменьшивать эффективность преобразования, с другой стороны – создавая путь для прохождения высокоэнергетичных электронов в виде электрического тока.
Соответствующая статья с полным описанием технологии была опубликована в издании Journal of the American Chemical Society.