Учёные разработали высокоэффективный термоэлектрический материал на основе селенида серебра
Южнокорейские ученые разработали экологически безопасный термоэлектрический материал нового поколения, способный эффективно преобразовывать тепло в электричество. Исследование было проведено специалистами Korea Research Institute of Chemical Technology, которые предложили масштабируемый и более простой способ создания таких материалов, открывающий перспективы для их широкого применения в энергетике.
Термоэлектрические материалы функционируют на основе двух ключевых физических эффектов — эффект Пельтье и эффект Зеебека. Первый позволяет нагревать или охлаждать материал при прохождении электрического тока, а второй — генерировать электричество за счет разности температур. Благодаря этим свойствам такие материалы считаются перспективными для систем охлаждения электроники и утилизации отходящего тепла.
В основе новой разработки лежит селенид серебра (Ag₂Se) — соединение, состоящее из сравнительно доступных элементов, серебра и селена. В отличие от традиционных методов, требующих высоких температур и давления, ученые использовали более мягкие условия синтеза. Они получили наночастицы Ag₂Se с помощью растворно-химического метода, после чего добавили избыточный селен, сформировав состав Ag₂Se₁.₂. Затем с помощью простого термического отжига был создан плотный объемный материал с улучшенными характеристиками.
Ключевым механизмом улучшения свойств стало использование относительно низкой температуры плавления селена. Во время отжига он переходит в жидкую фазу и заполняет промежутки между зернами Ag₂Se, способствуя их срастанию и уплотнению структуры. Это приводит к улучшению электрической проводимости и одновременному снижению теплопроводности кристаллической решетки, что критически важно для повышения эффективности термоэлектрических материалов.
Экспериментальные результаты показали, что материал Ag₂Se₁.₂ демонстрирует высокий коэффициент мощности и пониженную теплопроводность решетки, достигая максимального термоэлектрического показателя эффективности (ZT) 0,927 при температуре 393 К. Кроме того, материал обладает способностью принимать заданную форму, что позволяет создавать цилиндрические термоэлектрические генераторы со стабильным выходным напряжением и мощностью при различных температурных градиентах.
Технология может найти применение в маломасштабных системах генерации энергии, включая промышленные процессы, дата-центры и солнечные тепловые установки. В долгосрочной перспективе разработка рассматривается как источник питания для носимых устройств интернета вещей и медицинских сенсоров, где требуется автономная и стабильная подача энергии.
Дополнительно исследователи отметили значительное улучшение механических свойств материала: прочность на сжатие и модуль Юнга (показатель жёсткости материала) увеличились более чем в два раза. Это делает материал пригодным для использования в устройствах сложной формы, включая гибкие и изогнутые системы сбора энергии. Работа была в научном журнале Advanced Composites and Hybrid Materials и представляет собой важный шаг к созданию эффективных и экологически безопасных решений в области альтернативной энергетики.