NITU MISiS ने अत्यधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के तेजी से संश्लेषण के लिए एक किफायती तरीका विकसित किया है

सेंटर फॉर एनर्जी एफिशिएंसी NUST "MISiS" के कर्मचारियों ने उस सामग्री के उत्पादन के लिए एक किफायती और त्वरित तरीका विकसित किया है जिससे अंतरिक्ष यान के लिए उच्च-प्रदर्शन थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर बनाए जाते हैं। ऐसी सामग्री थर्मल ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने में सक्षम है। कार्य के परिणामों के साथ एक लेख जर्नल ऑफ मटेरियल्स केमिस्ट्री ए में प्रकाशित हुआ था ।


सेंटर फॉर एनर्जी एफिशिएंसी NUST "MISiS" के प्रमुख, डॉक्टर ऑफ फिलॉसफी, प्रोफेसर व्लादिमीर वासिलिविच होवेयलो।

थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के प्रभाव की खोज 1821 में जर्मन भौतिक विज्ञानी थॉमस सीबेक ने की थी। हालांकि, प्रौद्योगिकियां जो सीबेक प्रभाव को औद्योगिक पैमाने पर उपयोग करने की अनुमति देती हैं, वे अभी भी परिपूर्ण हैं - मानवता केवल थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाना सीख रही है, और अधिकांश विकास अभी तक प्रयोगशाला नहीं छोड़ चुके हैं। हालांकि, थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री सक्रिय रूप से ऊर्जा, प्रशीतन इकाइयों में उपयोग किया जाता है। रेडियोधर्मी क्षय की गर्मी से संचालित थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कैसिनी जैसे विश्व-प्रसिद्ध अंतरिक्ष यान पर स्थापित होते हैं, जो शनि के परिवेश का अध्ययन करता है, और न्यू होराइजन, जो प्लूटो और कुइपर बेल्ट की खोज करता है। इसी सिद्धांत पर, क्यूरियोसिटी रोवर का विद्युत जनरेटर संचालित होता है। अधिक सांसारिक उदाहरण हैं: उदाहरण के लिए, एक कार के निकास प्रणाली के तत्वों के माध्यम से प्रेषित गर्मी से बिजली प्राप्त करना। विभिन्न प्रकार के बिजली संयंत्रों की दक्षता बढ़ाने में सक्षम थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर का विकास भी जारी है।


ईण्डीयुम समावेशन के साथ CoSb3 क्रिस्टल का माइक्रोग्राफ (स्केल - 10 माइक्रोमीटर)

NUST "MISiS" के वैज्ञानिकों द्वारा बनाई गई सामग्री अंतरिक्ष के लिए विश्वविद्यालय के विकास की रेखा को फिर से बनाएगी।

“हम विमानन और अंतरिक्ष उद्योग के प्रतिनिधियों के साथ सक्रिय रूप से सहयोग कर रहे हैं, ” NUST के रेक्टर ने कहा “MISiS” Alevtina Chernikova । - फिलहाल, हमारे विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक एयरोस्पेस उद्योग द्वारा कमीशन किए गए लगभग तीस अनुसंधान परियोजनाओं का संचालन कर रहे हैं। जिसमें संयुक्त विमान निगम शामिल है, जो निगम के रणनीतिक कार्यों को हल करने के लिए कई विश्वविद्यालय विकास को शुरू करने में रुचि रखता है। ”

एमआईएसआईएस एनआईटीयू में प्राप्त थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री परमाणुओं के दो "प्रकार" को जोड़ती है: क्रिस्टल जाली के नोड्स में सख्ती से तय की जाती है, जो उच्च विद्युत चालकता प्रदान करती है, और स्वतंत्र रूप से कंपन करती है, जो तेजी से थर्मल चालकता को कम करती है, क्योंकि परमाणु कमजोर रूप से क्रिस्टल फ्रेम से बंधे होते हैं जो प्रभावी रूप से गर्मी को नष्ट कर देते हैं। यह संयोजन इंटरमेटेलिक यौगिकों को बनाकर प्राप्त किया गया था जिनके क्रिस्टल संरचना में voids होते हैं। क्रिस्टल जाली को तोड़ने के बिना उन्हें "अतिथि" परमाणुओं से भरना, वैज्ञानिकों को गुणों का आवश्यक संयोजन मिलता है। परिणामी पदार्थ की विद्युत चालकता जितनी अधिक होती है और उष्मीय चालकता उतनी ही कम होती है, थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थों का प्रमुख पैरामीटर - योग्यता का थर्मोइलेक्ट्रिक आंकड़ा।

इस तरह की सबसे आशाजनक सामग्री में से एक था स्कुटरडाइट - कोबाल्ट और एंटीमनी इंटरमेटॉलिक कंपाउंड - CoSb3। इस सामग्री में अधिकतम गुणवत्ता कारक 400-500 डिग्री के सतही तापमान अंतर के साथ होता है। तुलना के लिए, सबसे प्रसिद्ध थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री - बिस्मथ टेलुराइड में, अधिकतम 100-150 डिग्री के तापमान अंतर पर होता है और ZT ​​= 1.2 के मान तक पहुंचता है।


ईण्डीयुम समावेशन के साथ CoSb3 क्रिस्टल का माइक्रोग्राफ (पैमाने - 5 माइक्रोमीटर)

एंटीमनी-कोबाल्ट प्रणाली (ZT = 1.4) के मामले में उच्च गुणवत्ता वाले कारक को प्राप्त करने के लिए, दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों का उपयोग करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, ytterbium, एक धातु के रूप में या एक बार में दो महंगी धातुओं को संयोजित करने के लिए। और 1.8 की गुणवत्ता कारक केवल तीन अलग-अलग धातुओं के परमाणुओं को क्रिस्टल जाली में पेश करके प्राप्त किया गया था।

"हम एक भराव के रूप में इंडियम का उपयोग करके और धातुओं के प्रारंभिक अनुपात का चयन करके समस्या को हल करने में सक्षम थे, जो हमें एक खुले रिएक्टर में वांछित थर्मोइलेक्ट्रिक संरचना को संश्लेषित करने की अनुमति देता है ," अनुसंधान समूह के सदस्य, एनईआर एमआईएसआईएस के ऊर्जा दक्षता केंद्र के कर्मचारी एंड्री वोरोइन कहते हैं । " इस दृष्टिकोण के लिए धन्यवाद, हम केवल दो मिनट में एक खुले रिएक्टर में संश्लेषण को पूरा करने में सक्षम थे, जिसके परिणामस्वरूप 5 घंटे के लिए नमूना की घोषणा की।" प्रयुक्त सामग्री के संयोजन और संश्लेषण की प्रक्रिया की विशेषताओं ने कई दसियों बार निर्माण की प्रक्रिया को तेज किया, जो इस तरह की सामग्री प्राप्त करने की लागत को भी प्रभावित करता है। इसके अलावा, योग्यता ZT = 1.5 की थर्मोइलेक्ट्रिक आकृति के प्राप्त मान एक प्रकार के "अतिथि" परमाणुओं के साथ स्कर्टरुडाइट्स के लिए रिकॉर्ड-ब्रेकिंग बन गए ।


आंद्रेई वोरोनिन, सेंटर फॉर एनर्जी एफिशिएंसी, नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के कर्मचारी "स्पार्क" इलेक्ट्रिक स्पार्क सिंटरिंग की स्थापना की पृष्ठभूमि पर

जैसा कि नए काम के लेखक कहते हैं, पहले से ही थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के उत्पादन के लिए प्रस्तावित योजनाएं न केवल उपयोग की जाने वाली धातुओं के कारण महंगी थीं। उन्होंने वैक्यूम ampoules में प्रतिक्रिया मिश्रण के दो सप्ताह के संश्लेषण को शामिल किया। इस तरह की सामग्री को अन्य तरीकों से प्राप्त करना बहुत कठिन है क्योंकि एंटीमनी एक अस्थिर धातु है। और लंबे समय तक पिघलने के दौरान, सुरमा के वाष्पीकरण से अवांछनीय बाय-प्रोडक्ट, CoSb2 चरण का गठन हो सकता है, जिसमें थर्मोइलेक्ट्रिकिटी के दृष्टिकोण से पूरी तरह से बेकार विशेषताएं हैं।