Термоэлектрический материал ускорил преобразование тепла в 250 раз

Учёные из университета Тохоку в Японии разработали новый термоэлектрический материал, в 250 раз эффективнее преобразующий тепло в электричество

Чтобы получить материал, исследователи добавили небольшое количество титана в тонкие плёнки из нитрида хрома — их обычно используют в электронике. Нитрид хрома легко наносить в виде тонких слоёв при комнатной температуре, однако у него есть недостаток — много пустых пространств из-за вакансий азота, из-за чего эффективность преобразования тепла в электричество невысока.

Титан имеет большее сродство к азоту, чем хром, поэтому добавление этого металла позволило уменьшить влияние дефектов в материале. Учёные тщательно подобрали содержание титана — от 4,6 до 9,3 атомных процентов. Это позволило сохранить хорошую электропроводность и улучшить способность материала преобразовывать тепло в электричество.

Подвижность электронов в новом материале выросла почти в 100 раз. В экспериментах плёнка с титаном показала коэффициент мощности 5,26 мкВт·см⁻¹·К⁻², что в 250 раз выше, чем у чистого нитрида хрома. Исследователи также создали прототип генератора с плотностью мощности 38,0 мВт·см⁻² и максимальной выходной мощностью 455,8 нВт при разнице температур в 96 К.

Важное преимущество разработки — материал можно производить при комнатной температуре, без высокотемпературной обработки. Результаты опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.

Источник: Interesting Engineering