Capítulo 166: Electricidad y Calor – NANO RISING – Novela Ligera en Español
Capítulo 166: Electricidad y Calor
En el laboratorio.
Huang Xiuyuan, vestido con un traje de protección completo, está ajustando el ángulo de línea de la máquina de hilar de nanocables.
Después de repetidos ajustes, tejió un trozo de nano tela, que siempre es un producto de nanocables de fósforo y nanocables de azufre.
Compuesto específicamente de dos capas, una capa es una malla de nanocables de fósforo cruzada de tres alambres tejida en un ángulo específico, y la otra es una malla de nanoalambres de azufre con un espesor de 15 nanómetros.
Luego, la superficie se deposita con una capa de alúmina para formar una capa densa.
Parece un tablero de alúmina simple, pero de hecho hay algo dentro.
Después de que procesó la hoja compuesta, el asistente en el lado de la entrega: “Zhang Wei, tómalo para la prueba de valor de calentamiento eléctrico”.
La cara pública Zhang Wei en el lado tomó con cuidado Envíela a la sala de pruebas físicas y químicas de materiales del laboratorio para iniciar una prueba completa.
Huang Xiuyuan lo siguió a la sala de pruebas.
Mientras varios investigadores llevaban a cabo una serie de pruebas en la hoja compuesta, Qiao Qingshi, un investigador que estudiaba materiales termoeléctricos, quería hablar, pero descubrió que su lengua parecía estar anudada.
Porque la figura termoeléctrica de mérito de la lámina compuesta frente a ellos estaba más allá de sus expectativas.
La denominada figura de mérito termoeléctrico es la eficiencia de conversión termoeléctrica del material. El símbolo es ZT. Entre los materiales termoeléctricos que se encuentran en el campo de la ciencia de los materiales, la cifra de mérito termoeléctrico más alta es aproximadamente 6, que sólo se puede utilizar en el laboratorio Materiales micropreparados.
En el conocimiento de Qiao Qingshi, Zhang Wei y otros, en la industria actual de materiales termoeléctricos, esas rutas técnicas incluyen película multicapa bidimensional, superrejilla, nanoalambre de bismuto, nano tubos de carbono, sistemas de pozos cuánticos, cat- estructuras en forma de ojo, aleaciones de silicio-hierro-tungsteno, etc., tienen una figura de mérito termoeléctrica pegada en 6, y no tienen procesos de producción en masa.
La hoja compuesta frente a ellos tiene una figura termoeléctrica de mérito de hasta 11,37.
Los materiales termoeléctricos producidos en masa a gran escala en el mercado generalmente tienen una figura termoeléctrica de mérito alrededor de 2.8-3.
La figura de mérito termoeléctrico de la lámina compuesta ha alcanzado entre 3,79 y 4 veces la de los materiales termoeléctricos ordinarios.
Muchos no saben lo que esto significa, los campos de aplicación de los materiales termoeléctricos son principalmente en la generación de energía termoeléctrica, refrigeración termoeléctrica, sensores y termostatos.
Los materiales termoeléctricos comunes con una figura de mérito termoeléctrico entre 2.8 y 3 generalmente tienen una eficiencia de conversión termoeléctrica de solo alrededor del 6 al 8% en la generación de energía.
Cuando la figura de mérito termoeléctrico del material termoeléctrico aumenta a 11,37, esto significa que la eficiencia del generador termoeléctrico aumentará a aproximadamente 24%.
Aunque la eficiencia termoeléctrica de este material no es tan buena como la del panel solar de arseniuro de galio con una eficiencia del 30%, no es tan buena como la turbina de vapor de una central térmica.
Sin embargo, los materiales termoeléctricos tienen muchas ventajas, como una estructura simple: solo se puede utilizar el material termoeléctrico en sí, más cables e interruptores.
Además, las condiciones de generación de energía no son demasiado exigentes, siempre que haya una diferencia de temperatura, se puede lograr la generación de energía.
“Resulta que se trata de una película multicapa bidimensional más nanocables ultrafinos, y se estima que el ángulo de trenzado cruzado de tres cables de los nanocables de fósforo es el uso del sistema de pozo cuántico”. Qiao Qingshi se dijo a sí mismo.
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Huang Xiuyuan sonrió y asintió: “Sí, es triple bendición, película multicapa, nanocable ultrafino y sistema de pozo cuántico. Después de combinar los tres, la conductividad térmica se reduce y el la conductividad y el tapón han mejorado. Coeficiente de Baker”.
Los ojos de Qiao Qingshi estaban llenos de sorpresa.
La figura termoeléctrica de mérito ZT tiene una fórmula especial:
ZT = S²σTK (S es el coeficiente de Seebeck, σ es la conductividad eléctrica, T es la temperatura y K es la conductividad térmica ).
De la fórmula, podemos saber que los factores que afectan la figura de mérito termoeléctrico son el coeficiente de Seebeck, la temperatura, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica.
Los dos elementos más críticos son la conductividad eléctrica y la conductividad térmica. Si desea aumentar la figura de mérito termoeléctrico, la conductividad eléctrica como denominador debe ser alta y la conductividad térmica como molécula debe ser tan pequeña como sea posible.
Sin embargo, en realidad, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica son como un bebé siamés: pocos materiales pueden alcanzar una alta conductividad eléctrica y una baja conductividad térmica al mismo tiempo.
Qiao Qingshi estaba asombrado: “El tamaño nanométrico de hecho magnificará el efecto del tamaño cuántico, pero la concepción del Sr. Huang es definitivamente una revolución en la industria de materiales termoeléctricos”.
“Deja de halagar. Jaja. “Huang Xiuyuan sonrió.
Qiao Qingshi negó con la cabeza: “Esto no es un halago. Cuando estaba en la Academia de Ciencias de China, el exjefe gastó decenas de millones de dólares en el proyecto para obtener un ZT4.2 alto o bajo, tan pronto como salgan los materiales, Nobel es posible”.
“No pienses en el premio de dinamita, esa cosa es una costilla de pollo “. Huang Xiuyuan recogió la hoja compuesta:” Sigamos discutiendo este material.”
“Sr. Huang, ¿todavía quiere seguir mejorando? “Qiao Qingshi estaba un poco incómodo.
“La ciencia nunca termina. Creo que todavía existe la posibilidad de una mejora continua en los nanocables de azufre”.
“La investigación de muchos equipos extranjeros muestra que los nanocables de azufre y bismuto pueden mejorar la ZT, ¿puedes ¿Piensas en ello? “, sugirió Qiao Qingshi.
Pero Huang Xiuyuan negó con la cabeza: “El metal de bismuto es escaso y caro. Está bien estudiarlo en el laboratorio. Cuando se trata de producción industrial en masa, se estima que el costo será altísimo.”
“Um “Joe Qingshi reaccionó de repente.
Los paneles compuestos desarrollados actualmente por Huang Xiuyuan están hechos principalmente de fósforo, azufre y alúmina, todos los cuales pueden producirse en masa.
El metal de bismuto es menor que la plata. Aunque China tiene una reserva global de bismuto, el problema es que este recurso de metal raro no es adecuado para la producción en masa.
Si se utiliza en instrumentos de precisión, también se puede considerar.
La actual lámina compuesta de fósforo-azufre-alúmina, con un factor de mérito termoeléctrico de 11,37, es ya muy potente y tiene las condiciones para la producción en masa.
Huang Xiuyuan pensó por un momento, pero no negó por completo la dirección de los nanocables de bismuto: “Si está interesado, puede estudiar esta dirección. Nuestra empresa aún puede permitirse el lujo de nanocables de bismuto. Si el efecto es bueno, puede considerar aplicarlo. En productos de alta gama.”
“Entonces lo estudiaré”.
Todos tuvieron una gran discusión sobre la investigación y el desarrollo de nuevos materiales termoeléctricos.
En el curso de la discusión, Huang Xiuyuan los llevó a tejer varios tipos de materiales termoeléctricos, pero es extremadamente difícil para la figura de mérito termoeléctrico romper el nuevo pico de 11.37.
Por ejemplo, Qiao Qingshi mezcló nanocables de bismuto y nanocables de azufre en una red de nanocables multicapa con un grosor de 27 nanómetros.
Durante la prueba, el efecto de tamaño cuántico se resalta aún más, lo que aumenta la densidad de los estados electrónicos en el borde de la banda y mejora la conductividad del material.
Al mismo tiempo, debido a la reflexión del límite de grano en la superficie del material, la conducción de fonones en la conducción de calor se bloquea, deprimiendo así la conductividad térmica.
La figura de mérito de la potencia térmica se ha incrementado de 11,37 a 14,28 El problema es que el coste de los materiales también se ha duplicado más de diez veces.
El material compuesto de bismuto-azufre-fósforo-alúmina no es rentable y solo se puede aplicar a productos de alta gama, como generadores termoeléctricos de isótopos para naves espaciales, que son adecuados para el uso de este material termoeléctrico.
De hecho, en la aplicación de varios nanomateriales, Suiren Company tiene un método para la producción en masa de nanocables y nanopolvos, por lo que los investigadores de materiales de la compañía están estudiando desesperadamente en profundidad.
Por ejemplo, en los paneles solares, la capa de nano-revestimiento de silicio compuesto de malla de nanocables de silicio para formar obleas de nano-silicio, la eficiencia de conversión de energía alcanzó un nivel muy alto de 26,4%.
Además, después del nanoplacado de silicio compuesto, la vida útil de la oblea de nano-silicio es muy larga y la eficiencia de generación de energía básicamente puede permanecer sin cambios durante más de diez años.
El avance de los materiales optoelectrónicos, junto con los materiales termoeléctricos, en realidad se puede combinar, porque las obleas de nano silicio son transparentes y se pueden combinar para utilizar la luz y el calor de la luz solar.
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El autor: Lingnan Three People
Traducción: Artificial_Intelligence
