Znajdź zawartość

Nowy nieorganiczny materiał, o bardzo niskim przewodnictwie cieplnym może poprawić wydajność energetyczną urządzeń. Obecnie nawet 70% generowanej energii jest marnowana w postaci ciepła odpadowego. Zjawisko to jest nie tylko bardzo niekorzystne dla środowiska naturalnego, ale również prowadzi do przegrzewania się urządzeń, spadku ich wydajności i trwałości. Jednak część tego ciepła można by odzyskiwać i zamieniać w energię za pomocą materiałów o niskiej przewodności cieplnej. Przewodność cieplna ciał stałych bierze się z zachowania ich fononów, czyli wibracji struktury krystalicznej. Można ją zmniejszyć na dwa sposoby. Albo skrócić drogę rozpraszania fononów, albo je spowolnić. Droga rozpraszania fononów zależy od ich wzajemnego rozpraszania oraz rozpraszania się na defektach materiałów lub ich granicach. Z kolei prędkość grupy fononów zależy od struktury i składu materiału. Dotychczas próbowano skracać drogę rozpraszania fononów poprzez wprowadzanie celowych defektów w materiałach czy też poprzez zmianę interakcji grup fononów na styku różnych warstw materiałów. Naukowcy z University of Liverpool wyprodukowali kompozytowy materiał, w którym warstwy BiOCl i Bi2O2Se pooddzielali od siebie warstwami Bi4O4SeCl2. W ten sposób uzyskali materiał, którego przewodność cieplna w temperaturze pokojowej w kierunku ułożenia warstw wynosi zaledwie 0,1 W K/m. To jedna z najlepszych wartości wśród materiałów nieorganicznych, jedynie 4-krotnie większa niż przewodność cieplna powietrza. Punktem wyjścia dla trwających pięć lat badań było zrozumienie, w jaki sposób struktura materiału pozwala na kontrolowanie przewodnictwa cieplnego. W efekcie uzyskali materiał, którego przewodnictwo cieplne jest niższe niż każdej z jego składowych z osobna. To zaś pokazało, jak ważna jest struktura atomowa i lokalizacja poszczególnych atomów, bo to one zdecydowały o uzyskaniu tak pożądanych cech nowego materiału. Autorzy badań, Matt Rosseinsky, Jon Alaria i ich zespół, chcą teraz tak zmodyfikować nowy materiał, by zyskał on właściwości termoelektryczne. Planują też wykorzystać swoje doświadczenia do pracy nad materiałami, którymi można będzie powlekać turbiny gazowe. Materiały takie muszą mieć przewodność cieplną niższą niż szkło, czyli poiżej 0,9 W/K/m. To jednak nie wszystko. Zdaniem autorów, łączenie materiałów o różnym ułożeniu atomów w celu zmniejszania przepływu ciepła, to bardzo obiecujący kierunek badań. Te materiały możemy udoskonalać osobno, optymalizując ich struktury, zanim jeszcze je połączymy, stwierdzają. « powrót do artykułu