تبدیل مستقیم گرما به برق با مکانیک کوانتوم
تبدیل مستقیم گرما به برق با مکانیک کوانتوم فیزیکدانان آمریکایی برای اولین بار موفق شدند با استفاده از اثرات کوانتومی، انرژی گرمایی را مستقیما به برق تبدیل کنند.
به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از خبرگزاری مهر، دانشمندان دانشگاه آریزونا برای اولین بار ایده ای را توسعه دادند که با بکارگیری ماهیت موجی الکترون می تواند گرمای مازاد از دستگاههای مختلف را به انرژی الکتریکی قابل استفاده تبدیل کند.
این پروژه درحال حاضرتنها برپایه شبیه سازیهای رایانه ای است اما این محققان در این خصوص توضیح دادند: "ما اطمینان داریم دستگاهی که با رایانه طراحی کرده ایم می تواند منطبق با همان ویژگیهایی که شبیه سازی کرده ایم ساخته شود. ما اولین کسانی هستیم که از ماهیت موجی الکترونها برای توسعه ایده تبدیل گرما به برق استفاده کردیم."
این محققان افزودند: "الکتریسیته گرمایی می تواند به روشی پاک و با دستگاهی که در آن بخشهای متحرک وجود ندارند گرما را مستقیما به برق تبدیل کنند. در تفاوت با دستگاههای فعلی تبدیل گرما، مثل یخچالها یا توربینهای بخار، این دستگاه جدید دارای بخشهای متحرک و یا مواد شیمیایی که به لایه ازون آسیب برسانند نیست و تنها یک تسمه پلیمری دارد که بین دو سطح فلزی قرار گرفته است."
کلید این فناوری جدید در یک قانون کوانتوم است که به "دوگانگی موج- ذره" معروف است. در دوگانگی موج- ذره، اجسام ریزی چون الکترونها می توانند به جای اینکه همانند یک ذره رفتار کنند رفتاری شبیه به یک موج داشته باشند.
دستگاه شبیه سازی شده، زنجره هایی از حلقه های بنزن و یک جریان الکترون
این دانشمندان پتانسیلهای تبدیل گرما به برق را با مطالعه بر روی پلی فنلیکهای مستقیم کشف کردند. پلی فنلیکها مولکولهایی هستند که به صورت خود به خودی به پلیمرها تبدیل می شوند.
ساختار اصلی هر یک از این مولکولهای پلی فنیلیک مستقیم از یک زنجیره از حلقه های بنزن تشکیل شده است. بنزن مولکولی آلی است که از اتمهای کربن ساخته شده است.
ساختمان حلقه های هر مولکول همانند نوعی کابل مولکولی عمل می کند که از طریق آن می توان الکترونها را جاری کرد.
براساس گزارش ACS Nano، در مرحله بعدی، این دانشمندان از طریق شبیه سازیهای رایانه ای، جنگلی از این مولکولهای مستقیم را در یک پوشش سفالی و بین دو الکترود رشد دادند. با افزایش تعداد حلقه های بنزن، توان ساخته شده الکتریستیه نیز افزایش یافت.
راز توانایی این مولکولها در تبدیل گرما به انرژی در ساختار آنها نهفته است به طوریکه به محض آنکه جریان الکترونها به یک حلقه بنزن برسد بخشی از این جریان یک بازو و بخش دیگر آن بازوی دیگر بنزن را دنبال می کنند.
به گفته این محققان، با یک دستگاه ترموالکتریک با بازده بالا که برپایه این شبیه سازی ساخته شده باشد می توان حدود 200 لامپ 100 وات التهابی را با جمع آوری گرمای تلف شده از یک خودرو روشن کرد.
