Newswise – Houston – Plusieurs matériaux thermoélectriques à haute performance ont été découverts au cours des deux dernières décennies, mais sans dispositifs efficaces pour convertir l’énergie qu’ils produisent en énergie sans émission, leur promesse n’a pas été tenue. Une équipe internationale de scientifiques dirigée par un physicien de l’Université de Houston et plusieurs de ses anciens étudiants a fait état d’une nouvelle approche de la construction de modules thermoélectriques, utilisant des nanoparticules d’argent pour lier les couches d’électrode et de métal des modules.
Les travaux, décrits dans un article publié le 1er mai énergie naturelle, Le développement d’unités avancées pour la production d’électricité et d’autres utilisations devrait être accéléré. La stabilité de l’utilisation de nanoparticules d’argent a été testée dans des unités constituées de trois matériaux thermoplastiques différents, conçues pour fonctionner sur une large plage de températures.
Les matériaux thermoélectriques attirent de plus en plus l’attention en raison de leur potentiel en tant que source d’énergie propre, qui est produite lorsqu’un matériau convertit la chaleur, telle que la chaleur résiduelle des centrales électriques ou d’autres processus industriels, en électricité en exploitant le flux de courant thermique d’un réchauffeur. région dans une région plus froide. Mais tirer parti de cette capacité nécessite de trouver un matériau capable de lier électriquement et thermiquement les côtés chaud et froid d’un matériau, sans interférer avec les performances du matériau.
Le liant est fondu ou soudé pour créer une interface entre les deux faces. Cela signifie que la soudure doit avoir un point de fusion supérieur à la température de fonctionnement de l’appareil pour rester stable pendant que l’appareil fonctionne, a déclaré Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à UH et auteur correspondant sur le papier. Si le matériau thermoélectrique fonctionne à des températures plus élevées, la couche conjonctive fondra à nouveau.
Mais cela peut également être un problème si le matériau de connexion a un point de fusion très élevé, car des températures élevées peuvent affecter la stabilité et les performances des matériaux thermoélectriques pendant le processus de conduction. Ensuite, chacun des liants idéaux aurait un point de fusion relativement bas pour l’assemblage unitaire, afin de ne pas déstabiliser les matériaux ferroélectriques, mais alors de pouvoir supporter des températures de fonctionnement plus élevées sans refondre.
L’argent possède des propriétés intéressantes pour un tel liant, avec une conductivité thermique élevée et une conductivité électrique élevée. Mais il a également un point de fusion relativement élevé, à 962 °C, ce qui peut affecter la stabilité de nombreux matériaux thermoélectriques. Dans ce travail, les chercheurs ont profité du fait que les nanoparticules d’argent ont un point de fusion beaucoup plus bas que l’argent en vrac. Les nanoparticules sont revenues à un état brut après l’assemblage de l’unité et ont retrouvé le point de fusion le plus élevé pour les processus.
« Si vous convertissez l’argent en nanoparticules, le point de fusion peut être aussi bas que 400°C ou 500°C, selon la taille des particules. Cela signifie que vous pouvez utiliser l’appareil à 600°C ou 700°C sans aucune problème, tant que la température reste. Le fonctionnement est inférieur au point de fusion de l’argent en vrac, soit 962 degrés Celsius « , a déclaré Raine, qui est également professeur de physique MD Anderson à l’UH. Il a travaillé sur le projet avec cinq anciens étudiants et deux chercheurs postdoctoraux du groupe de recherche Ren ; Ils sont maintenant à l’Institut de technologie de Harbin à Shenzhen, en Chine, et au Laboratoire national de physique de la matière condensée de Pékin à l’Académie chinoise des sciences à Pékin.
Les chercheurs ont testé les nanoparticules d’argent avec trois matériaux thermoplastiques connus, chacun fonctionnant à des températures différentes.
Une unité à base de tellure de plomb, qui fonctionnait à une température basse d’environ 573 K jusqu’à environ 823 K (300 ° C à 550 ° C) a produit un rendement de conversion de la chaleur en électricité d’environ 11% et est restée stable après 50 thermique cycles, selon les chercheurs.
Ils ont également utilisé des nanoparticules d’argent comme matériaux de connexion dans des modules utilisant du tellurure de bismuth à basse température et un demi-matériau Heussler à haute température, indiquant que le concept fonctionnera avec une variété de matériaux et d’objectifs thermoélectriques.
Différents matériaux sont utilisés en fonction de la source de chaleur prévue, a déclaré Raine, pour s’assurer que les matériaux peuvent résister à la chaleur appliquée. « Mais cet article prouve que quel que soit le matériau, nous pouvons utiliser les mêmes nanoparticules d’argent pour le soudage tant que la chaleur appliquée ne dépasse pas 960 degrés Celsius », afin de rester en dessous du point de fusion de l’argent, a-t-il déclaré.
En plus de Ren, les co-auteurs de l’article incluent Li Yin, Fan Yang, Shen Bao, Shipeng Du, Xinyu Wang, Jinxuan Qing, Hong Jun Ji, Jihe Sui, Shengjun Liu, Feng Kao, Jun Mao, Mingyue Li et Qian Zhang. , tous avec l’Institut de technologie de Harbin ; Wenhua Xue avec l’Institut de technologie de Harbin et le Laboratoire national de Pékin pour la physique de la matière condensée ; et Yumei Wang du Laboratoire national de Pékin pour la physique de la matière condensée.
Jiehe Sui, Feng Cao, Jun Mao, Qian Zhang et Yumei Wang sont tous d’anciens membres du groupe de recherche de Ren.
