Capítulo 166: Eletricidade e Calor – NANO RISING português – Novel Chinesa
Capítulo 166: Eletricidade e Calor
No laboratório.
Huang Xiuyuan, vestindo uma roupa de proteção completa, está ajustando o ângulo da linha da máquina de fiação de nanofios.
Após ajustes repetidos, ele teceu um pedaço de nano pano, que foi tecido a partir de nanofios de fósforo e nanofios de enxofre.
Especificamente composta por duas camadas, uma camada é uma malha de nanofios de fósforo cruzada de três fios tecida em um ângulo específico e a outra é uma malha de nanofios de enxofre com uma espessura de 15 nanômetros.
Em seguida, a superfície é depositada com uma camada de alumina para formar uma camada densa.
Parece uma placa de alumina comum, mas na verdade há algo dentro dela.
Depois de processar a chapa composta, o assistente no lado da entrega: “Zhang Wei, leve-o para o teste de valor de aquecimento elétrico.”
O rosto público de Zhang Wei ao lado cuidadosamente tirou a folha composta. Envie para a sala de testes físicos e químicos do material do laboratório para iniciar um teste abrangente.
Huang Xiuyuan entrou na sala de testes.
Enquanto vários pesquisadores realizavam uma série de testes na folha composta, Qiao Qingshi, um pesquisador que estudava materiais termoelétricos, queria falar, mas descobriu que sua língua parecia ter um nó.
Porque a figura de mérito termoelétrica da chapa composta à frente deles estava além de suas expectativas.
A chamada figura de mérito termoelétrica é a eficiência de conversão termoelétrica do material. O símbolo é ZT. Entre os materiais termoelétricos encontrados no campo da ciência de materiais, a maior figura de mérito termoelétrica é cerca de 6, que só pode ser usado no laboratório Materiais micropreparados.
Na cognição de Qiao Qingshi, Zhang Wei e outros, na indústria de material termoelétrico atual, essas rotas técnicas incluem filme multicamada bidimensional, superrede, nanofio de bismuto, nanotubos de carbono, sistemas de poços quânticos, cat- estruturas semelhantes a olhos, ligas de silício-ferro-tungstênio, etc., todas têm uma figura termoelétrica de mérito em 6 e não têm processos de produção em massa.
A folha composta na frente deles tem uma figura termoelétrica de mérito tão alta quanto 11,37.
Os materiais termoelétricos que são produzidos em massa no mercado geralmente têm uma figura de mérito termoelétrico em torno de 2.8-3.
A figura de mérito termoelétrica da folha composta atingiu cerca de 3,79 a 4 vezes a dos materiais termoelétricos comuns.
Muitos não sabem o que isso significa. Os campos de aplicação de materiais termoelétricos são principalmente em geração de energia termoelétrica, refrigeração termoelétrica, sensores e termostatos, etc.
Materiais termoelétricos comuns com uma figura termoelétrica de mérito entre 2,8 e 3 geralmente têm uma eficiência de conversão termoelétrica de apenas cerca de 6 a 8% na geração de energia.
Quando a cifra de mérito termelétrica do material termelétrico subir para 11,37, significa que a eficiência do gerador termelétrico aumentará para cerca de 24%.
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Embora a eficiência termoelétrica deste material não seja tão boa quanto o painel solar de arsenieto de gálio com 30% de eficiência, ele não é tão bom quanto a turbina a vapor de uma usina térmica.
No entanto, os materiais termoelétricos apresentam muitas vantagens. Por exemplo, a estrutura é simples, apenas o material termoelétrico em si, mais fios e interruptores podem ser usados.
Além disso, as condições de geração de energia não são muito exigentes, desde que haja uma diferença de temperatura, a geração de energia pode ser alcançada.
“Acontece que este é um filme bidimensional multicamadas mais nanofios ultrafinos, e estima-se que o ângulo de trança cruzada de três fios dos nanofios de fósforo use o sistema de poço quântico.” Qiao Qingshi disse para ele mesmo.
Huang Xiuyuan sorriu e acenou com a cabeça: “Sim, é uma bênção tripla, filme multicamadas, nanofios ultrafinos e sistema de poço quântico. Depois que os três são combinados, a condutividade térmica é reduzida e o sistema elétrico a condutividade e o plug são melhorados. Coeficiente de Baker.”
Os olhos de Qiao Qingshi estavam chocados.
A figura de mérito termoelétrica ZT tem uma fórmula especial:
ZT = S²σTK (S é o coeficiente de Seebeck, σ é a condutividade elétrica, T é a temperatura e K é a condutividade térmica )
Pela fórmula, podemos saber que os fatores que afetam a figura de mérito termoelétrica são o coeficiente de Seebeck, a temperatura, a condutividade elétrica e a condutividade térmica.
Os dois elementos mais críticos são a condutividade elétrica e a condutividade térmica. Se você quiser aumentar a figura de mérito termoelétrica, a condutividade elétrica como denominador deve ser alta, e a condutividade térmica como a molécula deve ser tão pequena quanto possível.
No entanto, na realidade, a condutividade elétrica e a condutividade térmica são como um bebê siamês. Poucos materiais podem atender a alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica ao mesmo tempo.
Qiao Qingshi ficou surpreso: “O nanotema realmente ampliará o efeito do tamanho quântico, mas a concepção do Sr. Huang é definitivamente uma revolução na indústria de materiais termoelétricos.”
“Pare de elogiar. Haha. “Huang Xiuyuan sorriu.
Qiao Qingshi balançou a cabeça: “Isso não é uma lisonja. Quando eu estava na Academia Chinesa de Ciências, o ex-chefe gastou dezenas de milhões de dólares no projeto para chegar a um ZT4.2 alto ou baixo, você. Assim que o material for lançado, o Nobel é possível.”
“Não pense no prêmio de dinamite, essa coisa é uma costela de frango. “Huang Xiuyuan pegou a folha composta: “Vamos continuar discutindo este material.”
“Sr. Huang, ainda quer continuar a melhorar?” Qiao Qingshi estava um pouco inquieto.
“A ciência nunca termina. Acho que ainda há a possibilidade de melhoria contínua nos nanofios de enxofre.”
“Pesquisas feitas por muitas equipes estrangeiras mostraram que os nanofios de bismuto de enxofre podem melhorar o ZT, pode você pensa sobre isso? “Qiao Qingshi sugeriu.
Mas Huang Xiuyuan balançou a cabeça: “O metal de bismuto é escasso e caro. Não há problema em estudá-lo em laboratório. Quando se trata de produção industrial em massa, estima-se que o custo será altíssimo.”
“Hum “Joe Qingshi reagiu de repente.
Os principais materiais dos painéis compostos desenvolvidos por Huang Xiuyuan são fósforo, enxofre e alumina, todos os quais podem ser produzidos em massa.
O metal de bismuto é menor que a prata. Embora as reservas de bismuto da China sejam as maiores do mundo, o problema é que esse raro recurso de metal não é adequado para produção em massa.
Se for usado em instrumentos de precisão, também pode ser considerado.
A atual folha de compósito fósforo-enxofre-alumina tem um valor termoelétrico de 11,37, que já é muito poderoso e tem condições para produção em massa.
Huang Xiuyuan pensou por um tempo, mas não negou completamente a direção dos nanofios de bismuto: “Se você estiver interessado, pode estudar nesta direção. Nossa empresa ainda pode pagar nanofios de bismuto. Se o efeito for bom, você pode considerar aplicá-lo. Em produtos de última geração.”
“Então vou estudar.”
Todos tiveram uma grande discussão sobre pesquisa e desenvolvimento de novos materiais termelétricos.
No decorrer da discussão, Huang Xiuyuan os levou a tecer vários tipos de materiais termoelétricos, mas é extremamente difícil para a figura de mérito termoelétrica romper o novo pico de 11,37.
Por exemplo, Qiao Qingshi mistura nanofios de bismuto e nanofios de enxofre em uma rede de nanofios multicamadas com espessura de 27 nanômetros.
Durante o teste, o efeito do tamanho quântico é ainda mais destacado, o que aumenta a densidade dos estados eletrônicos na borda da banda e melhora a condutividade do material.
Ao mesmo tempo, devido à reflexão do contorno do grão na superfície do material, a condução do fônon na condução do calor é bloqueada, deprimindo a condutividade térmica.
O valor do mérito da energia térmica aumentou de 11,37 para 14,28. O problema é que o custo dos materiais também dobrou mais de dez vezes.
O material compósito bismuto-enxofre-fósforo-alumina não é econômico e só pode ser aplicado a produtos de última geração, como geradores termoelétricos de isótopos para espaçonaves, que são adequados para o uso deste material termoelétrico.
Na verdade, na aplicação de vários nanomateriais, a Suiren Company tem uma produção em grande escala de nanofios e nanopós, então os pesquisadores de materiais da empresa estão estudando em profundidade desesperadamente.
Por exemplo, em painéis solares, após a camada de nano-chapeamento de silício composto de malha de nanofio de silício, a formação de pastilhas de nano-silício, em termos de eficiência de conversão de energia, atingiu um nível muito elevado de 26,4%.
Além disso, após o nano-revestimento de silício composto, a vida útil do wafer de nano-silício é muito longa e a eficiência de geração de energia pode basicamente ser mantida por mais de dez anos.
O avanço dos materiais optoeletrônicos, juntamente com materiais termoelétricos, pode realmente ser combinado, porque os nano wafers de silício são transparentes e podem ser combinados para usar a luz e o calor da luz solar.
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Autor: Lingnan Three People
Tradução: Artificial_Intelligence
