Ciepło odpadowe napędza samochody
Przemienniki termoelektryczne wykorzystują parę półprzewodnikowych ogniw termoelektrycznych do przekształcania energii cieplnej w elektryczną. Wykorzystują one tzw. efekt Seebecka, zjawisko polegające na wytwarzaniu się napięcia, kiedy połączenia między dwoma różnymi materiałami utrzymywane są w różnych temperaturach. Przeszkodą utrudniającą wprowadzenie urządzeń termoelektrycznych na masowy rynek (np. w układach chłodzących urządzenia elektroniczne) są wysokie koszty produkcji, związane ze stosowaniem tellurku bizmutu, który jest drogi i toksyczny. Uczestnicy projektu NANOHITEC (Nano-structured high-efficiency thermo-electric converters) starali się rozwiązać te problemy poprzez opracowanie wysoce sprawnych przemienników termoelektrycznych opartych na nadającej się do masowej produkcji technologii wielowarstwowej, wykorzystującej powszechnie dostępne nietoksyczne materiały. Uzupełnieniem prac eksperymentalnych na nanostrukturach termoelektrycznych było modelowanie na poziomie atomowym. Narzędzia analityczne pozwoliły zespołowi na opisanie i wyjaśnienie transportu prądu elektrycznego i ciepła w materiałach termoelektrycznych na bazie stopów krzemu i germanu. Wyniki badań pokazały, że nośniki kanałów mogą znacząco zwiększyć zdolność materiału do przekształcania energii cieplnej w elektryczną. Przy pomocy odmiany rozpylania magnetronowego uczeni wytworzyli nanostruktury zawierające cienkie warstwy krzemu i germanu oraz warstwy różnych węglików boru. Duża szybkość nanoszenia umożliwiła wyprodukowanie gęstych warstw o wysokiej krystaliczności. Oprócz rozpylania magnetronowego naukowcy eksperymentowali z innymi technikami syntezy warstw węglika boru. Warto tu wymienić w szczególności iskrowe spiekanie plazmowe, przy pomocy którego uzyskano nanocząstki węglika boru o małym wzroście ziarna. Alternatywną techniką okazało się odlewanie wstęg, w którym wykorzystano mieszaniny sproszkowanego węglika boru. Celem projektu NANOHITEC było udoskonalenie procesów nanoszenia materiałów przy produkcji przemienników termoelektrycznych, przeznaczonych do wydajnego zasilania samochodów ciepłem odpadowym. Nowe procesy przemysłowego osadzania materiałów termoelektrycznych opracowane w ramach inicjatywy NANOHITEC mogą oznaczać powstanie nowej generacji niedrogich i bardziej ekologicznych urządzeń termoelektrycznych opartych na nietoksycznych, powszechnie dostępnych materiałach.
Słowa kluczowe
Ciepło odpadowe, samochody, przemienniki termoelektryczne, NANOHITEC, nanostruktury, rozpylanie magnetronowe
