Små generatorer omdanner spildvarme til strøm

Termodynamikkens anden lov er et stort hit hos den baret-bærende college-skare på grund af dens implicitte eksistentielle knas. Tendensen hos et lukket system til at blive mere og mere uordnet, hvis der ikke tilføres eller fjernes energi, er en populær, hvis ikke deprimerende, "ting falder fra hinanden" en slags lov, der ser ud til at bekræfte den unges oplevelse.

Nu har et fælles hold af ukrainske og amerikanske videnskabsmænd krævet mere arbejde og mindre poesi fra termodynamikkens anden lov, foreslår en ny "pyroelektrisk" metode til at drive små enheder ved hjælp af spildvarme.

Ved hjælp af små strukturer kaldet ferroelektriske nanotråde, de kan hurtigt generere en elektrisk strøm som reaktion på enhver ændring i den omgivende temperatur, høste ellers spildt energi fra termiske udsving. Deres rapport vises i Journal of Applied Physics .

Forklarer ledende forsker Anna Morozovska fra National Academy of Sciences of Ukraine, "Termodynamikkens anden lov styrer det moderne liv:Gennem alle former for industri, mennesker producerer konsekvent en enorm mængde spildvarme. Imidlertid, termodynamikkens love udelukker ikke at redde noget af denne energi ved at høste de termiske udsving for at producere elektricitet."

Pyroelektricitet kan spille en nøglerolle i forbrugerelektronik, siger Morozovska, og genvinding af denne varme i form af pyroelektrisk energi kan medføre en ny æra med "lille energi". Pyroelektriske nanogeneratorer kan være yderst nyttige til at drive specifikke opgaver i biologiske applikationer, medicin og nanoteknologi, især i rummet, fordi de fungerer godt i lave temperaturer.

I en undersøgelse af de pyroelektriske egenskaber af ferroelektriske nanotråde, holdet analyserede, hvordan den pyroelektriske koefficient svarer til radius af ledningen og dens kobling. De fandt ud af, at jo mindre ledningsradius var, jo mere divergerer den pyroelektriske koefficient indtil en kritisk radius, ved hvilken responsen ændres til paraelektrisk (over Curie-temperaturen). Denne såkaldte "størrelseseffekt" kunne bruges til at tune faseovergangstemperaturerne i ferroelektriske nanostrukturer, dermed muliggøre et system med en stor, indstillelig, pyroelektrisk respons.

I teorien, brugen af ​​ensretterkontakter kunne gøre det muligt for den polariserede ferroelektriske nanotråd at generere en kæmpe, pyroelektrisk, jævnstrøm og spænding som reaktion på temperatursvingninger, der kunne høstes og detekteres ved hjælp af en bolometrisk detektor. En sådan enhed i nanoskala ville ikke indeholde nogen bevægelige dele og kunne være egnet til langtidsdrift i omgivende applikationer såsom in vitro biologiske systemer og det ydre rum. Forskerne beregner, at disse små nanogeneratorer ville have meget høj effektivitet ved lave temperaturer, faldende ved varmere temperaturer.