[ 返回 EurekAlert! 中文 ] 公开发布日期: 2010年09月29日
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美国物理联合会

微型发电机变废热为动力

哥伦比亚特区华盛顿(2010年9月28日)-- 热力学第二定律因其隐含的生存危机而对佩带贝雷帽的大学群众有很大的冲击。一个封闭系统如果没有能量的添加或减少会倾向于越来越无序,这是一种流行的,如果不是令人沮丧的,类似于“世界崩溃”的法则。这个法则似乎证实了青少年期的体验。

现在由乌克兰和美国科学家组成的联合小组已要求从热力学第二定律得到更多的工作和更少的诗篇,提出了一种利用废热来驱动微型设备的全新“热电”方法。

利用被称为铁电纳米线的微型结构,他们能因环境温度的任何变化而迅速产生电流,这样就能从热涨落中获取否则将被浪费的能量。他们的研究报告被刊登在由美国物理联合会出版的《应用物理杂志》上。

乌克兰国家科学院首席研究员Anna Morozovska解释道,“热力学第二定律统治着现代生活:通过各种各样的的工业,人类不断地制造大量的废热。然而热力学定律并不拒绝我们用热涨落来发电以救回一部分能量。”

热电电能在消费类电子产品中可以发挥关键作用,Morozovska说,以热电能量的形式收复这部分热能可能会带来一个新“微能量”时代。热电纳米发电机可对生物应用,医药和纳米技术领域,尤其在外层空间(因为它们在低温下表现良好)的具体任务提供动力极为有用。

在对铁电纳米线热电性能的一个研究中, 该小组分析了热电系数与导线半径及导线耦合之间的关系。他们发现导线半径越小,热电系数越发散。直到一个临界半径时热电响应变成顺电(高于居里温度)。这种所谓的“尺寸效应”可以用来调节铁电纳米结构的相变温度,从而实现一个大的可调节的热电响应系统。

理论上利用整流接触可使极化铁电纳米线利用温度涨落产生一个巨大的热电直流电流电压,这种温度涨落是是可被利用的并且可用辐射热探测器来探测。这种纳米尺寸的器件将不包含任何移动部件,可适用于环境应用方面的长期运行,譬如体外生物系统和外层空间。研究人员计算出这些小纳米发电机在低温下效率会非常高,温度增高效率会降低。

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这篇文章, “铁电纳米线的热电响应:尺寸效应和电能获取”, 作者Anna N. Morozovska, Eugene A. Eliseev, George S. Svechnikov, 和 Sergei V. Kalinin,发表在《应用物理杂志》上。
http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v108/i4/p042009_s1

记者可以免费索取这篇文章的一份PDF格式电子拷贝。 请联络 jbardi@aip.org

关于《应用物理杂志》

《应用物理杂志》是美国物理联合会(AIP)记载应用物理领域内重大新成果的杂志。其内容每天在线发表, 积集成每月的两期在线版和两期印刷版 (每年24 刊)。 此杂志发表对现代工程技术中的物理内涵有侧重见解的文章, 杂志定位介于工程技术和纯物理之间。 参阅 http://jap.aip.org

关于美国物理联合会(AIP)

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