पेन स्टेट के वैज्ञानिकों के नेतृत्व वाली एक टीम के अनुसार, थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर जो अपशिष्ट गर्मी को स्वच्छ ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं, जल्द ही सौर जैसे अन्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के समान कुशल हो सकते हैं।

उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्रियों का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने पहले की तुलना में अधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाई, एक प्रगति जिसके बारे में उन्होंने कहा कि यह लंबी दूरी के अंतरिक्ष अन्वेषण को संभव बनाने में भी मदद कर सकती है।वेप्रकाशितजर्नल में उनके परिणामजौल.

रेडियोआइसोटोप सहित थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणथर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरजो नासा के अंतरिक्ष अन्वेषण वाहनों के लिए ऊर्जा का उत्पादन करता है - तापमान में अंतर को बिजली में परिवर्तित कर सकता है।जब उन्हें a के पास रखा जाता हैताप स्रोतâएक बिजली संयंत्र में भाप पाइप की तरह-आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉनों की तरह, गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर बढ़ते हैं, जिससे विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है।

वर्तमान व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरण 5% से 6% दक्षता का दावा करते हैं।शोधकर्ताओं ने एक प्रोटोटाइप बनाने के लिए अपने नए निर्माण दृष्टिकोण का उपयोग किया जो 15% रूपांतरण दक्षता तक पहुंच गया।शोधकर्ताओं ने कहा कि बेहतर दक्षता का मतलब है कि मौजूदा उपकरण 200% तक सिकुड़ सकते हैं और फिर भी उतनी ही ऊर्जा पैदा कर सकते हैं, या एक ही आकार के उपकरण 200% ऊर्जा पैदा कर सकते हैं।

पेन स्टेट में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग के शोध प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक बेड पौडेल ने कहा, "ये निष्कर्ष एक नई दिशा दिखाते हैं कि हम थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों को वास्तव में कुशल बनाने के लिए कैसे सुधार कर सकते हैं।""हमारा काम बहुत ही रोमांचक थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाने की दिशा में एक नया मार्ग प्रदान करता है और भविष्य में सामग्री विकास के साथ और भी अधिक प्रगति कर सकता है।"

पेन स्टेट टीम पहलेअर्ध-हेस्लर मिश्रधातु का उपयोग किया गयाडिवाइस के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सामग्रियों का एक विशेष वर्ग जो मध्यम-उच्च तापमान पर थर्मोइलेक्ट्रिक पावर उत्पन्न करने में अच्छा है।ये सामग्रियां आम तौर पर तीन धातु तत्वों से बनी मिश्र धातु होती हैं, कभी-कभी प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए इसमें डोपेंट या थोड़ी मात्रा में अन्य सामग्री मिलाई जाती है।

नए कार्य में, वैज्ञानिकों ने उच्च-एन्ट्रॉपी अर्ध-हेस्लर सामग्रियों की ओर रुख किया।ये मिश्र धातुएं, जो एक ही क्रिस्टलीय संरचना में कम से कम पांच प्रमुख तत्वों से बनी होती हैं, आधे-ह्यूस्लर सामग्रियों में पाए जाने वाले समान गुणों का दावा करती हैं लेकिन बढ़ी हुई होती हैं।

पेन स्टेट के एसोसिएट रिसर्च प्रोफेसर और अध्ययन के सह-संबंधित लेखक वेन्जी ली ने कहा, "इस काम में हमने उच्च-एन्ट्रॉपी इंजीनियरिंग को आधे-हेस्लर सिस्टम में सफलतापूर्वक एकीकृत किया।"

"पारंपरिक यौगिकों के साथ, आपके पास विभिन्न रासायनिक संरचनाएं बनाने के लिए 100 विकल्प हो सकते हैं। लेकिन जब हम उच्च-एन्ट्रॉपी अवधारणा का उपयोग करते हैं, तो हम भौतिक गुणों को बदलने के लिए शायद हजारों रासायनिक संरचनाएं बना सकते हैं।"

वैज्ञानिकों ने कहा कि अधिक परमाणुओं के साथ उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्री का उपयोग करने का मतलब है कि क्रिस्टलीय संरचनाएं अधिक अव्यवस्थित हैं औरप्रभारी वाहकसामग्री के माध्यम से आगे बढ़ने में अधिक समय लगता है, जिससे इसकी तापीय चालकता कम हो जाती है।अतिरिक्त परमाणुओं का चयन इस तरह से किया जाता है कि सामग्री उच्च शक्ति कारक बनाए रखती है, यह इस बात का माप है कि एक विद्युत प्रणाली कितनी कुशलता से ऊर्जा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित कर सकती है।

"इस अवधारणा में, हम एक साथ उच्च-शक्ति कारक को बनाए रख सकते हैं और योग्यता के आंकड़े को अधिकतम करने के लिए कम तापीय चालकता प्राप्त कर सकते हैं, जो सामग्री की प्रभावशीलता का एक उपाय है," पेन स्टेट के पोस्टडॉक्टरल विद्वान और नेतृत्वकर्ता सुब्रत घोष ने कहा।अध्ययन के लेखक.

"थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के किसी भी वर्ग में योग्यता के आंकड़े को और बेहतर बनाने के लिए उच्च-एन्ट्रॉपी इंजीनियरिंग को पारंपरिक दृष्टिकोण के साथ शामिल किया जा सकता है।"

नई थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री ने 1,060 डिग्री केल्विन या लगभग 1,448 डिग्री फ़ारेनहाइट के तापमान परिवर्तन पर 1.50 की योग्यता का रिकॉर्ड उच्च आंकड़ा हासिल किया।वैज्ञानिकों ने कहा कि यह मौजूदा अत्याधुनिक सामग्रियों से 50% की वृद्धि दर्शाता है।

"उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्री का उपयोग अक्सर उच्च तापमान वाले दुर्दम्य अनुप्रयोगों में किया जाता हैजेट इंजनया हाइपरसोनिक वाहन, लेकिन यह पहली बार है कि उनका उपयोग एक बेहतर हाफ-हेस्लर थर्मोइलेक्ट्रिक सिस्टम विकसित करने के लिए किया गया है," ली ने कहा।

इस कार्य में अधिक कुशल उपकरण बनाने के निहितार्थ हैंगर्मी बर्बाद करोऔद्योगिक सेटिंग में पुनर्प्राप्ति.इस अपशिष्ट ताप को पुनर्प्राप्त करके और बिजली प्रदान करने के लिए इसका उपयोग करके जीवाश्म ईंधन की खपत को कम किया जा सकता है।और क्योंकि उनमें कोई गतिशील भाग नहीं होता और वे कोई रासायनिक प्रतिक्रिया या उत्सर्जन उत्पन्न नहीं करते,थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणवैज्ञानिकों ने कहा कि यह स्वच्छ ऊर्जा का एक आशाजनक स्रोत प्रदान करता है।

थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरण दो पैरों वाली एक मेज की तरह दिखते हैं - एक पैर पी-प्रकार से बना होता है और एक एन-प्रकार अर्धचालक सामग्री से बना होता है।वर्तमान अध्ययन केवल पर लागू होता हैपी प्रकारसामग्री, और वैज्ञानिकों ने कहा कि इसे एन-प्रकार पर लागू करने के लिए आगे काम करने से दक्षता में अतिरिक्त वृद्धि हो सकती है।पौडेल ने कहा, "अगर हम इसे थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के व्यापक वर्ग में लागू कर सकते हैं और योग्यता के अच्छे आंकड़े प्राप्त करना जारी रख सकते हैं, तो हम वास्तव में रूपांतरण दक्षता को 20% या उससे अधिक तक बढ़ा सकते हैं।"

"यह ठोस राज्य बिजली उत्पादन के लिए सौर ऊर्जा या अन्य प्रौद्योगिकियों के साथ बहुत प्रतिस्पर्धी होगा। यह इसका रोमांचक हिस्सा है - यह देखना कि इससे भविष्य के भौतिक विकास में क्या हो सकता है।"

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