Ein Forschungsteam der TU Wien hat herausgefunden, dass eine Mischung aus Nickel und Gold vielversprechende thermoelektrische Eigenschaften besitzt. Thermoelektrische Materialien wandeln Wärme in elektrische Energie um und finden Anwendung in der Raumfahrt, tragbaren Kühlschränken und der Umwandlung von Abwärme in grünen Strom. Der thermoelektrische Effekt beruht auf der Bewegung geladener Teilchen von der heißeren zur kälteren Seite eines Materials und erzeugt eine elektrische Spannung, die als thermoelektrische Spannung bekannt ist. Der Seebeck-Koeffizient, der das Verhältnis von thermoelektrischer Spannung zur Temperaturdifferenz misst, ist ein wichtiger Parameter für die thermoelektrische Leistung. Metalle gelten normalerweise nicht als gute thermoelektrische Materialien aufgrund ihres niedrigen Seebeck-Koeffizienten, aber die Forscher fanden heraus, dass eine Mischung aus Nickel und Gold die elektronischen Eigenschaften verändert und die thermoelektrische Leistung erhöht. Die positiven Ladungen in der Legierung werden durch Nickel-Elektronen stark gestreut, was zu einem Ungleichgewicht und einer hohen thermoelektrischen Spannung führt. Die Legierung erreicht Rekordwerte für den thermoelektrischen Leistungsfaktor und übertrifft herkömmliche Halbleiter. Die Forscher glauben, dass die Ergebnisse das Potenzial von metallischen Legierungen als thermoelektrische Materialien für verschiedene Anwendungen zeigen und untersuchen auch andere vielversprechende Kandidaten.
Die vielversprechenden thermoelektrischen Eigenschaften von Nickel- und Goldlegierungen
Thermoelektrische Materialien haben die Fähigkeit, Wärme in elektrische Energie umzuwandeln, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen wie Raumfahrt, tragbare Kühlschränke und die Nutzung von Abwärme zur Gewinnung von grünem Strom wertvoll sind. Ein entscheidender Parameter zur Bewertung der Leistung von thermoelektrischen Materialien ist der Seebeck-Koeffizient, der das Verhältnis der thermoelektrischen Spannung zur Temperaturdifferenz misst. Metalle wurden traditionell nicht als ideale thermoelektrische Materialien betrachtet, da ihr Seebeck-Koeffizient niedrig ist. Ein Forschungsteam der TU Wien hat jedoch eine aufregende Entdeckung bezüglich der thermoelektrischen Eigenschaften einer Mischung aus Nickel- und Goldlegierungen gemacht.
Die thermoelektrische Wirkung und ihre Bedeutung
Die thermoelektrische Wirkung ist das Phänomen, bei dem geladene Teilchen sich von einem heißeren Bereich zu einem kühleren Bereich innerhalb eines Materials bewegen und dabei eine elektrische Spannung, die als thermoelektrische Spannung bekannt ist, erzeugen. Diese Wirkung bildet die Grundlage für thermoelektrische Geräte, die im Wesentlichen Wärme in elektrische Energie umwandeln. Die Effizienz und Leistung von thermoelektrischen Materialien hängen von ihrer Fähigkeit ab, eine hohe thermoelektrische Spannung zu erzeugen.
Bedeutung des Seebeck-Koeffizienten
Der Seebeck-Koeffizient ist ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der thermoelektrischen Leistung eines Materials. Er quantifiziert das Verhältnis zwischen der erzeugten thermoelektrischen Spannung und der Temperaturdifferenz über das Material. Höhere Seebeck-Koeffizienten deuten auf eine bessere thermoelektrische Leistung hin.
Herausforderungen von metallischen thermoelektrischen Materialien
Traditionell wurden Metalle aufgrund ihres niedrigen Seebeck-Koeffizienten nicht als geeignete thermoelektrische Materialien betrachtet. Die elektronischen Eigenschaften von Metallen führen zu einer schwächeren thermoelektrischen Wirkung im Vergleich zu Halbleitern und anderen Materialien. Diese Begrenzung hat den Einsatz von metallischen Legierungen in thermoelektrischen Anwendungen eingeschränkt.
Entdeckung vielversprechender thermoelektrischer Eigenschaften in Nickel- und Goldlegierungen
An der TU Wien hat ein Forschungsteam herausgefunden, dass die Mischung von Nickel- und Goldlegierungen zu einer signifikanten Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften führt. Die Forscher stellten fest, dass die elektronischen Eigenschaften der Legierung durch das Hinzufügen von Nickel verändert werden und dadurch die thermoelektrische Leistung gesteigert wird.
Auswirkungen von Nickel auf die elektronischen Eigenschaften
Wenn Nickel in die Goldlegierung eingebracht wird, werden die positiven Ladungen in der Legierung stark von den Elektronen des Nickels gestreut. Diese Streuung führt zu einem Ungleichgewicht innerhalb des Materials und somit zu einer hohen thermoelektrischen Spannung. Das Vorhandensein von Nickel in der Legierung verändert die elektronischen Eigenschaften grundlegend und ermöglicht die Verbesserung der thermoelektrischen Wirkung.
Rekordbrechender thermoelektrischer Leistungsfaktor
Die Forscher an der TU Wien entdeckten, dass die Nickel- und Goldlegierung thermoelektrische Leistungsfaktor-Werte aufbringt, die die von herkömmlichen Halbleitern übertreffen. Diese Erkenntnis unterstreicht das Potenzial metallischer Legierungen als thermoelektrische Materialien für verschiedene Anwendungen.
Potentielle Anwendungen und zukünftige Forschung
Die Entdeckung der vielversprechenden thermoelektrischen Eigenschaften in der Nickel- und Goldlegierung eröffnet neue Möglichkeiten für thermoelektrische Materialien. Die Forscher an der TU Wien untersuchen aktiv andere metallische Legierungen, die eine ähnlich verbesserte thermoelektrische Leistung aufweisen könnten. Die praktischen Anwendungen dieser Materialien umfassen Raumfahrt, tragbare Kühlschränke und die Umwandlung von Abwärme in grünen Strom.
Raumfahrt und tragbare Kühlschränke
Thermoelektrische Materialien mit verbesserten Eigenschaften können eine wichtige Rolle in der Raumfahrt spielen. Die Fähigkeit, elektrische Energie aus Wärme zu erzeugen, kann Raumfahrzeuge und Ausrüstung in abgelegenen Umgebungen antreiben. Darüber hinaus können verbesserte thermoelektrische Materialien in tragbaren Kühlschränken deren Kühlleistung erhöhen und sie für verschiedene Anwendungen praktischer machen.
Umwandlung von Abwärme in grünen Strom
Der weit verbreitete Einsatz von thermoelektrischen Materialien könnte erheblich zur Verringerung des Energieverschwendungs beitragen. Durch die effiziente Umwandlung von Abwärme in nutzbare elektrische Energie könnten diese Materialien in industriellen Prozessen, Kraftwerken und sogar im Alltag eingesetzt werden. Dieser Ansatz würde eine nachhaltige und umweltfreundliche Lösung zur Nutzung von ungenutzter Energie bieten.
Weitere Erforschung vielversprechender thermoelektrischer Materialien
Die Forscher an der TU Wien setzen ihre Untersuchungen zu metallischen Legierungen mit verbesserten thermoelektrischen Eigenschaften fort. Indem sie die zugrunde liegenden Mechanismen hinter der verbesserten Leistung dieser Materialien entdecken und verstehen, streben sie an, die Palette an geeigneten thermoelektrischen Optionen für verschiedene Anwendungen zu erweitern.
