В качестве материалов для термоэлектрогенераторов учёные предлагали сотни веществ. Нынешний вариант (композит SrTe-PbTe) тоже тестировался ранее. Но для наилучшего результата оказалось важным подобрать удачные пропорции «микстуры».

До 14% бросового тепла от различных машин смогут превращать в ток устройства на основе нового материала, разработанного в США. Авторы эксперимента уверяют, что такие приборы будут не слишком дорогими, и это делает реальным практическое применение новации.

Химики и физики из пары университетов — Северо-Западного (Northwestern University) и Мичигана (U-M) — придумали, как равномерно распределить нанокристаллы теллурида стронция (SrTe) в толще теллурида свинца (PbTe), чтобы те одновременно повышали эффективность полупроводникового преобразователя, но не мешали бегу электронов внутри него.

Рис. 1. Зависимость ZT от состава
полупроводника и температуры
(иллюстрация Kanishka Biswas,
Mercouri G. Kanatzidis/Nature
Chemistry).

Как объяснили учёные, ключ к хорошему КПД — взаимное выравнивание кристаллических решёток SrTe и PbTe, при котором транспорт фононов (передача тепла) блокируется, а транспорт электронов, напротив, облегчается. Также оказались очень важны пропорции соединений.

У экспериментальной системы на базе лучшего образца, содержащего 2% теллурида стронция и ещё добавку в виде 1% теллурида натрия (Na2Te), термоэлектрический показатель добротности (ZT) оказался равен 1,7 при температуре примерно в 800 K. Для сравнения — в одной из прошлых работ по данной теме замечательным был назван показатель в 1,5.

Детали нового исследования раскрывают статья

Kanishka Biswas, Jiaqing He, Qichun Zhang, Guoyu Wang, Ctirad Uher, Vinayak P. Dravid & Mercouri G. Kanatzidis Strained endotaxial nanostructures with high thermoelectric figure of merit. – Nature Chemistry. – 2011; doi:10.1038/nchem.955.

и пресс-релиз Северо-Западного университета.