tailieunhanh - Vật liệu thấp chiều - lời giải cho bài toán phát triển nhiệt điện

Nhiệt năng được coi là một nguồn tài nguyên vô tận trong tự nhiên (ánh sáng mặt trời, nhiệt thải ở các nhà máy.) và được sản xuất trong quá trình nhiệt động học. Một thực tế là hơn 70% năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt ở pô xe máy hoặc xe ô tô khi chúng ta sử dụng xăng dầu. Bài viết cung cấp cho độc giả một góc nhìn cơ bản về xu hướng nghiên cứu cũng như lịch sử ngắn gọn của vật liệu nhiệt điện. | KH&CN nước ngoài Vật liệu thấp chiều Lời giải cho bài toán phát triển nhiệt điện? Nguyễn Tuấn Hưng Khoa Vật lý, Đại học Tohoku, Nhật Bản Nhiệt năng được coi là một nguồn tài nguyên vô tận trong tự nhiên (ánh sáng mặt trời, nhiệt thải ở các nhà máy.) và được sản xuất trong quá trình nhiệt động học. Một thực tế là hơn 70% năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt ở pô xe máy hoặc xe ô tô khi chúng ta sử dụng xăng dầu [1]. Hãy tưởng tượng về lợi ích của việc chuyển hoá nguồn nhiệt thải khổng lồ này thành điện năng. Điều này đã kích thích các nhà khoa học và dẫn đến một lĩnh vực nghiên cứu được gọi là nhiệt điện, trong đó nhiệt năng có thể chuyển hoá trực tiếp thành điện năng. Bài viết cung cấp cho độc giả một góc nhìn cơ bản về xu hướng nghiên cứu cũng như lịch sử ngắn gọn của vật liệu nhiệt điện. Thách thức trong nghiên cứu, phát triển nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện Seebeck được quan sát lần đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà vật lý người Đức Thomas Johann Seebeck. Mặc dù được phát hiện rất sớm (vào những năm đầu của thế kỷ XVIII), nhưng nguồn gốc của hiệu ứng Seebeck vẫn gây tranh cãi. Phải sang đầu thế kỷ XIX, hai nhà khoa học lỗi lạc khi đó là Enrico Fermi và Paul Dirac mới đề xuất một hàm phân bố điện tử, còn được gọi là hàm phân bố Fermi-Dirac. Dựa trên đề xuất đó, nguồn gốc của hiệu ứng Seebeck mới được làm rõ và có thể được giải thích đơn giản hơn. Theo hàm phân bố Fermi-Dirac, mật độ điện tử ở đầu nóng sẽ cao hơn mật độ điện tử ở đầu lạnh (hình 1). Nếu ký hiệu sự chênh lệch hiệu điện thế là ∆V và sự chênh lệch nhiệt độ ở hai đầu thanh kim loại là ∆T, chúng ta sẽ thu được hệ số Seebeck như sau: S = -∆V/∆T với đơn vị (V/K) trong hệ đơn vị SI. 54 Hình 1. Hiệu ứng Seebeck. Điện tử có xusốhướng di chuyển vùng Seebeeck có quan htừ ệ như sau:có ZTmật = S2độ σT/ điện , trong đó σ và lần lư tử cao (nóng) đến vùng có mật độ điện tửvàthấp (lạnh). độ dẫn nhiệt của thanh kim loại, T là nhiệt độ trung bình. Dựa tr Hệ số Seebeck là đại lượng quan trọng phản ánh hiệu .