Учёные придумали новый метод создания более эффективных термоэлектрических сплавов.

Французский физик Жан Шарль Атаназ Пельтье в 1834 году открыл термоэлектрический эффект, заключающийся в появлении разности потенциалов на свободных концах двух соединенных проводников из разных металлов при нагреве места их соединения. Этот эффект лёг в основу измерения температуры термопарами. С его работы началось активное изучение подобных устройств.

В 1960-х годах устройства Пельтье в основном делались из сплавов висмут-теллурид или сурьма-теллурид и имели максимальную эффективность 1,1, то есть потребление электричества было ненамного меньше в сравнении с получаемым теплом. С тех пор используемые сплавы постоянно совершенствовались.

В 2014 году, исследователи из IBS Центра физики комплексных наноструктур (Южная Корея) вместе с Институтом передовых технологий Samsung, Департаментом прикладной наноинженерии Национального университета Канвона, департаментом энергетики университета в Сонгюнгване и отделом проблем материаловедения Технологического института Калифорнии (США) сформулировали новый подход для создания новых и более эффективных термоэлектрических сплавов.

Термоэлектрические сплавы являются особенными, поскольку металлы имеют невероятно высокую температуру плавления. Вместо плавления для создания этих сплавов небольшие, металлические гранулы соединяются друг с другом в результате спекания с использованием тепла и давления.

Команда исследователей использовала процесс спекания с помощью жидкого потока (liquid-flow assisted sintering), который объединил гранулы сурьмы, висмута и теллурида в один сплав. Дополнительно расплавленный теллур использовался в как жидкая фаза между гранулами для объединения их в сплав.

Границы зерен созданного таким образом сплава приобрели особые свойства. Традиционно спеченные сплавы имеют толстые, грубые места соединения, которые приводят к уменьшению как тепловой, так и электрической проводимости. Новый способ жидкофазного спекания создает организованные и выровненные границы зерен, так называемые решётки дислокаций. Это значительно снижает теплопроводность, что приводит к повышению эффективности термоэлектрического преобразования.

При испытаниях 30 образцов эффективность составила 1,86±0,15 при 320 К (46,85 °С), таким образом максимальное значение было 2,01. Это почти в два раза выше значений указанных в промышленных стандартах.

По словам исследователей возможных применений такого материала – масса. Например, использование в эффективных системах выработки электроэнергии для персональных электронных устройств или системах охлаждения.