சிறந்த மெட்ரிக் - சிறந்த வடிவமைப்பு உத்திகள் | Thermoelectric

டோக்கியோ பெருநகர பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கடத்துத்திறன் எனப்படும் ஒரு அளவு புதிதாக உருவாக்கப்பட்ட தெர்மோஎலக்ட்ரிக் நானோ பொருட்களின் பரிமாணத்திற்கு ஒரு சிறந்த நடவடிக்கையாகும் என்பதைக் காட்டுகின்றன. ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் மாலிப்டினம் சல்பைட் மற்றும் கிராபெனின் அணு மெல்லிய தாள்கள் ஆகியவற்றைப் படிக்கும் போது, இந்த எண்ணிக்கை 1 டி மற்றும் 2 டி பொருட்களில் உள்ள தத்துவார்த்த கணிப்புகளுடன் இணக்கமாக, கடத்துத்திறனுடன் எவ்வாறு மாறுபடுகிறது என்பதில் தெளிவான வேறுபாடுகளைக் கண்டறிந்தது. அத்தகைய மெட்ரிக் தெர்மோஎலக்ட்ரிக் பொருட்களுக்கான சிறந்த வடிவமைப்பு உத்திகளை உறுதியளிக்கிறது.

தெர்மோஎலக்ட்ரிக் சாதனங்கள் வெவ்வேறு பொருட்களுக்கு இடையிலான வெப்பநிலையில் வேறுபாடுகளை எடுத்து மின் ஆற்றலை உருவாக்குகின்றன. எளிமையான எடுத்துக்காட்டு வெவ்வேறு உலோகங்களின் இரண்டு கீற்றுகள் இரு முனைகளிலும் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டு ஒரு வளையத்தை உருவாக்குகின்றன; சந்திப்புகளில் ஒன்றை வெப்பமாக்குவது, மற்றொன்றை குளிர்ச்சியாக வைத்திருத்தல் ஒரு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது. இது சீபெக் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. மின்சக்தி பரிமாற்றம், தொழில்துறை வெளியேற்றம் அல்லது உடல் வெப்பம் போன்றவற்றில் இருந்தாலும், அன்றாட வாழ்க்கையில் சிதறடிக்கப்பட்ட வெப்பமாக வீணடிக்கப்படும் மிகப்பெரிய அளவிலான சக்தியை திறம்பட பயன்படுத்துவதை அதன் சாத்தியமான பயன்பாடுகள் உறுதியளிக்கின்றன. 1993 ஆம் ஆண்டில், அணு மெல்லிய, ஒரு பரிமாண பொருட்கள் திறமையான வெப்ப மின் சாதனங்களை உருவாக்கத் தேவையான பண்புகளின் சிறந்த கலவையைக் கொண்டிருக்கும் என்று கோட்பாடு செய்யப்பட்டது. இதன் விளைவாக தேடலானது அரைக்கடத்தி ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்கள் (SWCNT கள்) போன்ற நானோ பொருட்களுக்கு வழிவகுத்தது.

இருப்பினும், புதிய வடிவமைப்புகள் மற்றும் அமைப்புகள் துல்லியமாக வகைப்படுத்தப்படுவதைத் தடுக்கும் ஒரு சிக்கல் இருந்தது. தெர்மோஎலக்ட்ரிக் சாதனங்களின் முக்கிய பண்புகள் வெப்ப கடத்துத்திறன், மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் சீபெக் குணகம், கொடுக்கப்பட்ட வெப்பநிலை வேறுபாட்டிற்கான வெவ்வேறு பொருட்களுக்கு இடையிலான இடைமுகத்தில் எவ்வளவு மின்னழுத்தம் உருவாக்கப்படுகிறது என்பதற்கான அளவீடு ஆகும். என பொருள் அறிவியல் நானோ தொழில்நுட்பத்தின் வயது நுழைந்த, இந்த எண்கள் உருவாக்கப்பட்ட கொண்டிருந்த புதிய நானோ ஒரு முக்கிய சொத்து வெளிப்படுத்த போதுமானவையாக இருக்கவில்லை: பொருள் "பரிணாமவியல்" அல்லது எப்படி 1D, 2D அல்லது 3D போன்ற பொருளால் செயல்படும் . நம்பகமான, தெளிவற்ற மெட்ரிக் இல்லாமல், புதிய பொருட்களை மேம்படுத்துவதைத் தவிர்த்து, விவாதிப்பது கடினம், குறிப்பாக அவற்றின் கட்டமைப்பின் பரிமாணம் எவ்வாறு மேம்பட்ட வெப்ப மின் செயல்திறனுக்கு வழிவகுக்கிறது.

இந்த இக்கட்டான நிலையை சமாளிக்க, டோக்கியோ பெருநகர பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் கசுஹிரோ யானகி தலைமையிலான குழு சமீபத்தில் கோட்பாட்டு ஆய்வுகள் மூலம் கொடியிடப்பட்ட ஒரு புதிய அளவுருவை ஆராய புறப்பட்டது., "தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கடத்துத்திறன்." சீபெக் குணகம் போலல்லாமல், அணியின் தத்துவார்த்த கணக்கீடுகள் இந்த மதிப்பு 1 டி, 2 டி மற்றும் 3 டி அமைப்புகளுக்கான அதிகரித்த கடத்துத்திறனுடன் வித்தியாசமாக மாறுபடுகிறது என்பதை உறுதிப்படுத்தியது. ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களின் மெல்லிய படங்களையும், மாலிப்டினம் சல்பைட் மற்றும் கிராபெனின் அணு மெல்லிய தாள்களையும், முறையே 1 டி மற்றும் 2 டி ஆகியவற்றில் உள்ள பழங்காலப் பொருட்களையும் தயார் செய்து இதை சோதனை முறையில் உறுதிப்படுத்தினர். 1 டி பொருளின் தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கடத்துத்திறன் கடத்துத்திறனின் உயர் மதிப்புகளில் குறைந்து வருவதாகவும், 2 டி பொருட்களுக்கான வளைவு பீடபூமியாக இருப்பதாகவும் அளவீடுகள் உறுதியாகக் காட்டின. மேக்ரோஸ்கோபிக் படங்களில் பொருள் தயாரிக்கப்படும்போது கூட பொருளின் பரிமாணத்தை எவ்வாறு தக்க வைத்துக் கொள்கிறது என்பதை இது நிரூபிக்கிறது என்பதையும் அவர்கள் குறிப்பிடுகிறார்கள்.

தத்துவார்த்த கணக்கீடுகளுடன் இணைந்து, உயர் தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கடத்துத்திறன், உயர் வழக்கமான மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் ஆகியவை புதிய சாதனங்களின் பொறியியலுக்கான முக்கிய குறிக்கோள்கள் என்று குழு முடிவு செய்கிறது. இந்த அளவிடக்கூடிய, உறுதியான இலக்குகள் அதிநவீன தெர்மோஎலக்ட்ரிக் சாதனங்களின் வளர்ச்சிக்கு தேவையான தெளிவையும் ஒற்றுமையையும் கொண்டு வரும் என்று அவர்கள் நம்புகிறார்கள்.