Новый термоэлектрический материал может изменить будущее электромобилей и солнечной энергии

Термоэлектрические материалы известны ученым достаточно давно, и самым важным свойством этих веществ является их способность с разной степенью эффективности преобразовывать тепло в электричество и обратно. Это свойство может быть использовано для утилизации сбросного тепла от промышленного оборудования, создания эффективных тепловых двигателей для электрических автомобилей и даже для разработки новых способов использования солнечной энергии.

Одним из таких материалов является твердое соединение меди и селена, которое было изобретено 40 лет назад учеными НАСА и даже было использовано в дизайне космических аппаратов, но до сих пор его свойства не были хорошо изучены. И вот недавно объединенной командой ученых из Шанхайского института керамики от Академии наук Китая, Калифорнийского технологического института и университета Мичигана были завершены исследования этого материала, имеющего форму твердого вещества и обладающего свойствами жидкости.

Соединение меди и селена имеет уникальную структуру кристаллической решетки и термоэлектрический коэффициент 1,5 при температуре 727 градусов по Цельсию – это одно из самых высоких значений для твердых материалов. «Он похож на мокрую губку с мелкими порами», – говорит Джефф Снайдер из Калифорнийского института, один из соавторов исследования. Внешне он выглядит как твердое тело (прочная и устойчивая кристаллическая решетка из атомов селена), а внутри атомы меди легко диффундируют через решетку, подобно воде через поры внутри губки.

Как известно, хороший термоэлектрический материал, должен иметь высокие показатели по электропроводности, и низкие – по теплопроводности. И чем ниже теплопроводность материала – тем выше его термоэлектрические свойства. Последние исследования показали, что соединение меди и селена наилучшим образом отвечает этим критериям. Благодаря кристаллической структуре материал хорошо проводит электричество, а за счет жидкостных свойств он имеет низкую теплопередачу. По мнению ученых, это открытие поможет в создании совершенно нового класса жидко-образных термоэлектрических материалов.