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(Noticias de Nanowerk) Los dispositivos termoeléctricos convierten la energía térmica en electricidad al generar un voltaje a partir de la diferencia de temperatura entre las partes frías y calientes de un dispositivo.
Para comprender mejor cómo funciona el proceso de conversión a nivel atómico, los investigadores utilizaron neutrones para estudiar monocristales de sulfuro de estaño y seleniuro de estaño. Midieron los cambios dependientes de la temperatura.
Las mediciones revelaron una fuerte correlación entre los cambios estructurales a ciertas temperaturas y la frecuencia de las vibraciones atómicas (fonones). Esta relación afecta la forma en que los materiales conducen el calor.
La investigación identificó las temperaturas ideales para la conversión de energía. También proporcionó ciencia fundamental que puede ayudar a los investigadores a diseñar nuevos materiales para un mejor rendimiento termoeléctrico.
El equipo informó sus hallazgos en (comunicación de la naturaleza«Colapso anarmónico extendido de dispersiones de fonones en SnS y SnSe»).
Los materiales termoeléctricos son importantes para las tecnologías de energía limpia. Utilizando la dispersión de neutrones, los investigadores revelaron detalles del mecanismo de renormalización de fonones. Este es el proceso de la mecánica cuántica que explica la muy baja conductividad térmica de dos materiales termoeléctricos típicos.
Los resultados podrían permitir a los investigadores diseñar materiales para dispositivos termoeléctricos más eficientes. También ayudará a avanzar en las tecnologías de conversión de energía renovable.
Las termoeléctricas convierten la energía térmica en electricidad. Forman parte de la combinación de tecnologías de energía limpia que pueden mitigar los efectos del cambio climático. Un desafío importante con la termoeléctrica es su eficiencia relativamente baja y la cantidad limitada de materiales disponibles.
Para desarrollar materiales con mayor eficiencia, los científicos necesitan una comprensión fundamental del mecanismo que permite una conductividad térmica ultrabaja. Para abordar este enigma científico de larga data, los investigadores de la Universidad de Duke utilizaron experimentos de dispersión de neutrones, complementados con otras técnicas, para aislar los materiales termoeléctricos arquetípicos, estaño (Sn), cristalizado con azufre (S) y selenio (Se) en binarios: SnS y SnSe – para investigar.
Usando los instrumentos avanzados de dispersión de neutrones en la fuente de neutrones de espalación y el reactor de isótopos de alto flujo, las instalaciones de usuario del Departamento de Energía (DOE) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, se midieron los cambios estructurales y los espectros de fonones en un amplio rango de temperatura de 150 K a 1050 K , que indica una transición a 800 K muestra dónde las distancias atómicas se expanden en una dirección pero se contraen en otras.
La medición de la dinámica también proporcionó información importante sobre la drástica reducción de las frecuencias de las vibraciones atómicas en la unión responsable de la reducción de la conducción térmica.
El trabajo también sugiere que el comportamiento del fonón observado podría estar presente en muchos otros materiales con transiciones de fase similares, como B. perovskitas de haluro, óxido ferroeléctrico o termoeléctrico cerca de las inestabilidades, lo que amplía enormemente el conjunto de posibilidades para los materiales de conversión de energía.
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