हाल के वर्षों में, दुनिया भर के इंजीनियर और वैज्ञानिक फोटोवोल्टिक (पीवी), पवन टर्बाइन और हाइड्रो-पावर जनरेटर सहित नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से बिजली पैदा करने के लिए नई प्रौद्योगिकियों पर काम कर रहे हैं।जलवायु परिवर्तन के प्रभाव को कम करने का एक वैकल्पिक समाधान उद्योगों, घरों और गर्म प्राकृतिक वातावरणों द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त या अपशिष्ट गर्मी को बिजली में परिवर्तित करना हो सकता है।

यह दृष्टिकोण, जिसे थर्मोइलेक्ट्रिक पावर उत्पादन के रूप में जाना जाता है, मूल्यवान थर्मोइलेक्ट्रिक गुणों वाली सामग्रियों के उपयोग पर निर्भर करता है।विशेष रूप से, जब ये सामग्रियां एक तरफ विशेष रूप से उच्च तापमान और दूसरी तरफ ठंडे तापमान के संपर्क में आती हैं, तो उनके भीतर के इलेक्ट्रॉन गर्म तरफ से ठंडे तरफ प्रवाहित होने लगते हैं, जो उत्पन्न होता हैविद्युत क्षमता

जबकि हाल के कार्यों ने कुछ आशाजनक थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की पहचान की है, इष्टतम मॉड्यूल संरचनाओं के डिजाइन और निर्माण से जुड़ी चुनौतियों के कारण मॉड्यूल का प्रदर्शन असंतोषजनक है।यह थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल में उनके संभावित वास्तविक-विश्व एकीकरण को महत्वपूर्ण रूप से सीमित करता है।

पोहांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी, जॉर्ज वॉशिंगटन यूनिवर्सिटी और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं ने हाल ही में कॉपर सेलेनाइड (सीयू) पर आधारित थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए एक नई रणनीति पेश की है।₂से).

यह रणनीति, एक पेपर में उल्लिखित हैप्रकाशितमेंप्रकृति ऊर्जा, उन्हें उन तकनीकों का उपयोग करके उच्च-शक्ति उत्पादन के लिए आशाजनक सामग्री डिजाइन करने की अनुमति दी गई, जिन्हें बड़े पैमाने पर पुन: पेश करना आसान हो सकता है।

पेपर के सह-लेखक जे सुंग सोन ने टेक एक्सप्लोर को बताया, "पारंपरिक थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों में पी- और एन-प्रकार के अर्धचालक पैर होते हैं, आकार में घनाकार, थर्मोकपल कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित होते हैं।""इन उपकरणों में, इन पैरों का डिज़ाइन, लंबाई के संदर्भ में औरआस्पेक्ट अनुपात, बिजली उत्पादन को अधिकतम करने के लिए थर्मल और विद्युत प्रतिरोधों को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

"इस संदर्भ में, गैर-क्यूबॉइड त्रि-आयामी (3 डी) ज्यामिति थर्मल और इलेक्ट्रिकल परिवहन पर नियंत्रण के अतिरिक्त स्तर की पेशकश कर सकती है, जो संभावित रूप से डिवाइस के प्रदर्शन को क्यूबॉइड पैरों से अधिक बढ़ा सकती है।"

2020 में, जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर सानिया लेब्लांक के नेतृत्व में शोध दल ने प्रकाशित कियाएक कागजथर्मोइलेक्ट्रिक के थर्मोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन पर उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक पैरों के प्रभाव की खोज करनाबिजली जनरेटर, सिमुलेशन की एक श्रृंखला के माध्यम से।लेकिन प्रायोगिक सेटिंग्स में गैर-घनाकार पैरों की क्षमता का आकलन अभी तक नहीं किया गया था।

"हमारा समूह थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों और उपकरणों की 3डी प्रिंटिंग पर काम कर रहा है जो हमें थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की जटिल ज्यामिति का एहसास करने की अनुमति देगा जो पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाओं द्वारा हासिल नहीं की जा सकती हैं और बिजली उत्पादन प्रदर्शन पर उनके प्रभाव की जांच कर सकते हैं," सोन ने समझाया।

अपने अध्ययन के हिस्से के रूप में, सोन और उनके सहयोगियों ने अर्धचालक पैरों के लिए गैर-घनाकार ज्यामिति डिजाइन करने के लिए 3डी परिमित तत्व मॉडल सिमुलेशन का उपयोग किया।फिर उन्होंने 3डी प्रिंटिंग तकनीकों का उपयोग करके इन ज्यामितीय डिजाइनों को तैयार किया और प्रयोगात्मक रूप से उनके प्रदर्शन का मूल्यांकन किया।

"हमने Cu को चुना₂उच्च तापमान पर इसकी उच्च सामग्री दक्षता के कारण, इसे एक मॉडल सामग्री के रूप में जाना जाता है," सोन ने कहा। "हमने विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों में बिजली उत्पादन का मूल्यांकन करने के लिए, घनाकार और गैर-घनाभ दोनों, आठ अलग-अलग ज्यामिति पर संख्यात्मक सिमुलेशन आयोजित किया।

"सीयू की 3डी प्रिंटिंग₂एसई कण-आधारित कोलाइड स्याही, अतिरिक्त एसई के अतिरिक्त द्वारा तैयार की गई₈^2-पॉलियानियन्स ने हमें Cu की डिज़ाइन की गई ज्यामिति बनाने में सक्षम बनाया₂से और सिंगल-लेग डिवाइस में उनके बिजली उत्पादन प्रदर्शन का तुलनात्मक मूल्यांकन करना।"

शोधकर्ताओं की इस टीम द्वारा किए गए प्रयोगों से दिलचस्प परिणाम सामने आए, जिसमें दूसरों की तुलना में कुछ गैर-घन पैरों की क्षमता पर प्रकाश डाला गया।विशेष रूप से, टीम ने देखा कि घंटे के चश्मे के आकार की ज्यामिति वाले पैरों ने आउटपुट पावर और दक्षता दोनों के मामले में उच्चतम बिजली उत्पादन प्राप्त किया।

सोन ने कहा, "यह स्पष्ट रूप से 3डी ज्यामिति के प्रभाव को दर्शाने वाला पहला प्रदर्शन है।""हमने यह भी पाया कि नियंत्रित तरल-चरण सिंटरिंग ने उच्च-घनत्व स्टैकिंग दोषों और परिणामी अव्यवस्थाओं के दोष निर्माण की अनुमति दी। इन दोषों ने Cu की तापीय चालकता को कम कर दिया₂Se और परिणामस्वरूप ZT मानों को 2.0 तक बढ़ाया।"

सोन और उनके सहयोगियों द्वारा हाल ही में किए गए अध्ययन से पुष्टि होती है कि थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की 3डी ज्यामिति का उनके द्वारा उत्पन्न विद्युत प्रवाह पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।जबकि उन्होंने Cu को डिज़ाइन करने के लिए विशेष रूप से अपनी रणनीति का उपयोग किया₂सी-आधारित सामग्री, भविष्य में इसे अन्य प्रकार की थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों पर लागू किया जा सकता है, जिससे शोधकर्ताओं को थर्मोइलेक्ट्रिक पावर जनरेटर के आंतरिक गुणों को बदले बिना उनके प्रदर्शन को बढ़ावा देने की अनुमति मिलेगी।

सोन ने कहा, "हमारे आगामी अध्ययनों में, हम विभिन्न थर्मोइलेक्ट्रिक प्रणालियों, जैसे खंडित उपकरणों और पेल्टियर कूलिंग मॉड्यूल में गैर-क्यूबॉइड ज्यामिति लागू करेंगे।""इसके अलावा, थर्मोइलेक्ट्रिक्स के साथ संरचनात्मक डिज़ाइन टूल को एकीकृत करने से डिवाइस के प्रदर्शन और स्थायित्व में और वृद्धि हो सकती है।"

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