क्रिस बर्टनेस के नेतृत्व में NIST में शोध दल ऊष्मा को बिजली में बदलने की एक नई विधि की खोज कर रहा है और इसके लिए एक उपकरण विकसित किया है। एक बार जब यह तकनीक पूर्ण हो जाएगी, तो यह ऊष्मा को बिजली में बदल देगी जो अन्यथा बर्बाद हो जाती। यह शोध जर्मन भौतिक विज्ञानी थॉमस सीबेक की खोज पर आधारित है। इस टीम ने महमूद हुसैन द्वारा की गई खोज को भी अपने थर्मोइलेक्ट्रिक रूपांतरण अध्ययन में शामिल किया है।
में शोधकर्ताओं राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) ने एक ऐसा अनोखा उपकरण तैयार किया है जो अगर सही तरीके से काम करे तो गर्मी को बिजली में सफलतापूर्वक बदल सकता है। इस तकनीक में बर्बाद हुई ऊष्मा ऊर्जा को पुनः प्राप्त करने की क्षमता संयुक्त राज्य अमेरिका में यह अनुमान लगाया गया है कि प्रति वर्ष लगभग 100 बिलियन डॉलर की दर से धन बर्बाद हो रहा है।
क्रिस बर्टनेसएनआईएसटी की एक शोधकर्ता और उनकी टीम ने इस तकनीक को बनाया है। इसमें सिलिकॉन वेफर के ऊपर गैलियम नाइट्राइड के हजारों सूक्ष्म स्तंभों को जमा करना शामिल है। इसके बाद सिलिकॉन को वेफर के निचले हिस्से से परत दर परत तब तक छीला जाता है जब तक कि केवल एक पतली शीट न रह जाए। खंभों और सिलिकॉन शीट के बीच परस्पर क्रिया के कारण अधिक गर्मी को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित किया जा सकता है, जो गर्मी को धीमा कर देता है सामग्री में स्थानांतरण.
एक बार जब निर्माण प्रक्रिया विकसित हो जाती है तो सिलिकॉन शीट को भाप या निकास पाइप के चारों ओर लपेटा जा सकता है ताकि गर्मी उत्सर्जन को बिजली में परिवर्तित किया जा सके जिसका उपयोग आस-पास के उपकरणों को बिजली देने या पावर ग्रिड को भेजने के लिए किया जा सकता है। कंप्यूटर चिप्स को ठंडा करना एक और संभावित उपयोग हो सकता है।
जर्मन भौतिक विज्ञानी थॉमस सीबेक वह पहले व्यक्ति थे जिन्होंने एक अजीबोगरीब व्यवहार को नोटिस किया जो एनआईएसटी-कोलोराडो विश्वविद्यालय के अध्ययन का आधार बना। 1820 के दशक की शुरुआत में, सीबेक ने दो छोरों पर जुड़े विभिन्न संरचनाओं के दो धातु के तारों द्वारा बनाए गए लूप की जांच शुरू की। उन्होंने देखा कि जैसे-जैसे तारों को एक साथ रखने वाले दो जंक्शनों के तापमान में बदलाव होता है, पास की कम्पास सुई विक्षेपित हो जाती है।
अन्य शोधकर्ताओं ने पाया किदो क्षेत्रों के बीच तापमान अंतर ने एक वोल्टेज विकसित किया और करंट उत्पन्न हुआ जिससे विक्षेपण हुआ। करंट द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के कारण कम्पास की सुई पुनः निर्देशित हो गई।
RSI सीबेक प्रभावसिद्धांत रूप में ऊष्मा को बिजली में बदलने की विधि ऊष्मा ऊर्जा के पुनः उपयोग के लिए सबसे अच्छी विधि हो सकती है, जो अन्यथा बर्बाद हो जाती है। लेकिन इसमें एक महत्वपूर्ण बाधा थी।
तापमान अंतर बनाए रखने के लिए, किसी पदार्थ में कम ऊष्मा चालकता और उच्च विद्युत चालकता होनी चाहिए ताकि पर्याप्त मात्रा में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न हो सके। हालाँकि, अधिकांश पदार्थ विद्युत और ऊष्मा चालकता दोनों प्रदर्शित करते हैं; एक खराब विद्युत कंडक्टर भी खराब ऊष्मा चालकता प्रदर्शित करता है, और इसके विपरीत।
महमूद हुसैन कोलोराडो विश्वविद्यालय के, थर्मोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के भौतिकी पर अपने शोध के दौरान पता चला कि इन गुणों को नैनोपिलर से ढकी एक पतली झिल्ली में अलग किया जा सकता है - सामग्री के खड़े स्तंभ जो मीटर के कुछ मिलियनवें हिस्से से अधिक लंबे नहीं होते हैं, या मानव बाल की मोटाई के लगभग दसवें हिस्से से कम होते हैं। उनकी खोज ने टीम और बर्टनेस को इस तकनीक पर काम करने के लिए प्रेरित किया।
नैनोपिलर्स की मदद से बर्टनेस, हुसैन और उनके सहयोगी सफलतापूर्वक सफल हुए सिलिकॉन शीट की ऊष्मा चालकता को उसकी विद्युत चालकता से अलग करनायह किसी भी सामग्री के लिए पहली बार है और गर्मी को बिजली में कुशल रूपांतरण संभव बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।
इसकी विद्युत चालकता को प्रभावित किये बिना या सीबेक प्रभाव में परिवर्तन किये बिना, शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन शीट की ऊष्मा चालकता को 21% तक कम करने में सफलता प्राप्त की।
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सिलिकॉन और अन्य पदार्थों में परमाणु बंधनों द्वारा एक दूसरे से बंधे होते हैं और गर्मी का संचालन करने के लिए स्वतंत्र रूप से घूमने में असमर्थ होते हैं। परिणामस्वरूप, ऊष्मा ऊर्जा की गति गतिशील फोनोन के रूप में प्रकट होती है, जो सामूहिक परमाणुओं के कंपन होते हैं। सिलिकॉन शीट और गैलियम नाइट्राइड नैनोपिलर दोनों ही फोनोन ले जाते हैं; हालाँकि, नैनोपिलर के भीतर फोनोन स्थिर तरंगें हैं जो छोटे स्तंभों की दीवारों द्वारा दोनों सिरों पर स्थिर रहती हैं।
यह परस्पर क्रिया फोनोन्स और कंपन यात्रा करने वाले फोनोन को धीमा कर देता है, जिससे गर्मी को सामग्री से गुजरना मुश्किल हो जाता है। नतीजतन, तापीय चालकता कम हो जाती है और एक छोर से दूसरे छोर तक तापमान का अंतर बढ़ जाता है। इस सब के दौरान, सिलिकॉन शीट की विद्युत चालकता में कोई बदलाव नहीं होता है।
अब टीम सिर्फ़ सिलिकॉन संरचनाओं पर काम कर रही है और थर्मोइलेक्ट्रिक हीट रिकवरी के लिए बेहतर ज्यामिति का अनुसरण कर रही है। उन्हें ऊष्मा को बिजली में बदलने की उच्च दर का प्रदर्शन करने की उम्मीद है। रूपांतरण दर सुनिश्चित करती है कि यह तकनीक उद्योग के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य बन जाए।
स्रोत: एनआईएसटी प्रेस विज्ञप्ति
