Електрика з теплоти
Учені зі США одержали новий сплав, що перетворить слабке розсіяне тепло на електричний струм способом, який ніколи раніше не проявлявся. Струм, одержуваний при цьому, значно перевершує всі інші термоелектричні процеси. Цей метод перетворення енергії може мати радикальний вплив на одержання екологічно чистої електрики від джерел тепла.
Учені з Університету Міннесоти розробили сплав-мультифероїк, що сполучає надзвичайно «еластичні» магнітні й сегнетоелектричні властивості. Фізики зуміли переплести на атомарному рівні ряд хімічних елементів так, що вийшла сполука, яка має спрощену формулу Ni45СО5Мg40Sn10. У серії експериментів вона виявила дійсно незвичайні можливості.
В експерименті сплав зазнав швидких і оборотних фазових перетворень, у яких одне тверде тіло немов замінялося іншим за будовою, але теж твердим тілом. У момент переходу матеріал зазнавав різкої зміни магнітних властивостей, що було використано в пристрої перетворення енергії. Як зазначено у звіті про ці експерименти, опублікованому в науковому журналі Advanced Energy Materials, якщо спочатку намагніченість сплаву становила менше 10 одиниць/см3, то після зміни фазового стану вона почала перевищувати 1100 одиниць/см3. При цьому сплав поглинав тепло, а в індукційній котушці з тонкого мідного дроту, яка оточувала зразок, з’являвся електричний струм, що у багато разів перевищував електрику, генеровану звичайною термопарою.
Власне, таке явище, як термоелектрика, відоме вже майже два століття. Термопару відкрив Томас Зеєбек у 1821 році. За іншими відомостями, про неї знав ще в XVIII столітті винахідник Алессандро Вольта. Суть явища ось у чому: якщо зварити два проводи з різних металів і потім нагріти точку зварювання, то на кінцях проводів прилад зафіксує різницю потенціалів. Але ефект термопари дуже слабкий, його можна використовувати тільки для вимірювання рівня нагрівання об’єкта, але ніяк не для одержання значної кількості електроенергії. За останні десятиліття вчені виявили ще ряд процесів, у яких теплота породжує електричний струм. В Україні (у Чернівцях) є навіть Інститут термоелектрики. Однак досі проблему промислового одержання електроенергії безпосередньо з теплоти, без використання проміжних методів, розв’язано не було. Стандартні термопари з найвищим коефіцієнтом Зеєбека дають напругу лише 2,3 мВ. А в пристроях із використанням нового сплаву вчені прогнозують одержання 502 мВ. З’єднуючи кілька пристроїв у батареї, можна на виході одержати промислову кількість електричного струму.
«Це дослідження дуже перспективне, оскільки являє зовсім новий метод перетворення енергії, — говорить професор університету авіаційно-космічної техніки та механіки в Міннесоті Річард Джеймс, який очолював дослідну групу. — Воно пропонує новий шлях до освоєння величезної кількості енергії, накопиченої на Землі у вигляді невеликої різниці температур».
Зараз команда вчених із Міннесоти разом із хіміками створює зі сплаву тонкі плівки, які можна використовувати, наприклад, для перетворення тепла, що виділяється під час роботи комп’ютерів, просто на електрику. Матеріал також може бути використаний для утилізації тепла вихлопних газів автомобіля. І, звичайно, набагато грандіозніші перспективи — це перетворення на електрику тепла від сотень тисяч усіляких енергетичних установок.
