29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Μετατροπή της απορριπτόμενης θερμότητας σε ενέργεια με την τεχνολογία νανοταινιών - Ενίσχυση της απόδοσης των θερμοηλεκτρικών
Στην επιστήμη των προηγμένων υλικών, η ακριβής δομική μηχανική στη νανοκλίμακα είναι πολύ σημαντική για τη βελτιστοποίηση των επιδόσεων των κεραμικών σύνθετων υλικών σε διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών, της θερμικής διαχείρισης και ιδιαίτερα των θερμοηλεκτρικών υλικών. Μια θεμελιώδης πρόκληση σε αυτόν τον τομέα είναι η δημιουργία ελεγχόμενων ασύμμετρων δομών που βελτιστοποιούν τις κατευθυντικές ιδιότητες και τη λειτουργική απόδοση.
Μια πρόσφατη συνεργατική μελέτη με τίτλο "Ασύμμετρη δόμηση κεραμικών σύνθετων υλικών μέσω νανοταινιών κοβαλτιτικού νατρίου και κοβαλτιτικού ασβεστίου με συν-ηλεκτροκλωστή ", που δημοσιεύθηκε στο Journal of the American Ceramic Society, αποτελεί σημαντική πρόοδο προς την κατεύθυνση της αντιμετώπισης αυτής της πρόκλησης. Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Φυσικής Χημείας και Ηλεκτροχημείας του Πανεπιστημίου Leibniz του Ανόβερου (Γερμανία) και του Τμήματος Χημικής Μηχανικής Wolfson του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Technion-Israel (Χάιφα, Ισραήλ) χρησιμοποίησαν μια καινοτόμο μέθοδο κατασκευής που ονομάζεται συν-ηλεκτροκλώση. Αυτή η προηγμένη παραλλαγή του electrospinning επέτρεψε την ακριβή παρασκευή σύνθετων νανοταινιών που αποτελούνται από κοβαλτιτικό νάτριο (NaCo₂O₄) και κοβαλτιτικό ασβέστιο (Ca₃Co₄O₉). Η προσέγγιση παρείχε ακριβή έλεγχο της μικροδομής και της υφής του κεραμικού, δημιουργώντας υλικά ειδικά προσαρμοσμένα για βελτιωμένη θερμοηλεκτρική απόδοση.
Προηγμένος χαρακτηρισμός με NETZSCH DSC και LFA: κλειδί για τη θερμοηλεκτρική απόδοση
Το εργαστήριό μας στο NETZSCH Analyzing & Testing συνέβαλε με εξειδικευμένες θερμικές αναλύσεις που ήταν απαραίτητες για την έρευνα αυτή. Συγκεκριμένα, η θερμική αγωγιμότητα εντός και εκτός επιπέδου (λ) προσδιορίστηκε με ακρίβεια με βάση τη θερμική διαχυτότητα, η οποία μετρήθηκε με τη χρήση του NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, και τις τιμές της ειδικής θερμοχωρητικότητας, οι οποίες προέκυψαν με το NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Οι μετρήσεις αυτές συνέβαλαν στην ολοκληρωμένη αξιολόγηση της θερμικής συμπεριφοράς του σύνθετου υλικού.
Η μελέτη κατέδειξε ενισχυμένη θερμοηλεκτρική απόδοση, με συντελεστή ισχύος 9,9 μW/cm²K² και τιμή ZT 0,49 στους 1073 K, ξεπερνώντας τις τιμές που είχαν αναφερθεί προηγουμένως για παρόμοια υλικά με βάση τον κοβαλτίτη. Οι βελτιώσεις αυτές συνδέονται με την αυξημένη ηλεκτρική αγωγιμότητα που επέτρεψαν οι βελτιστοποιημένες ιδιότητες φορέων φορτίου εντός του νανοδομημένου σύνθετου υλικού.
Αυτή η έρευνα αποτελεί παράδειγμα για το πώς η αποτελεσματική συνεργασία μεταξύ ακαδημαϊκών ιδρυμάτων και εξειδικευμένων αναλυτικών εργαστηρίων μπορεί να επιταχύνει τις εξελίξεις στην τεχνολογία των κεραμικών υλικών.
Ευχαριστίες
Με ευγνωμοσύνη αναγνωρίζουμε τη συνεργατική ερευνητική συνεισφορά του Ινστιτούτου Φυσικής Χημείας και Ηλεκτροχημείας του Πανεπιστημίου Leibniz του Ανόβερου (Γερμανία) και του Τμήματος Χημικής Μηχανικής Wolfson και του Ενεργειακού Προγράμματος Nancy & Stephan Grand Technion (GTEP) του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Technion-Ισραήλ (Χάιφα, Ισραήλ). Είμαστε υπερήφανοι που υποστηρίξαμε αυτή τη μελέτη συνεισφέροντας την τεχνογνωσία μας και τα προηγμένα όργανα στον τομέα της θερμικής ανάλυσης.
Μάθετε περισσότερα για τα όργανα NETZSCH DSC και LFA για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας
