Устройство, преобразующее тепло в электричество

Используя метаматериалы, учёные разрабатывают устройство, способное излучать инфракрасные лучи на контролируемых частотах. Они надеются, что в будущем это устройство сможет использовать избыточное тепло, выделяемое в процессе производства, для его переработки в электричество.

Подобно видимому свету, инфракрасные лучи также являются формой электромагнитного излучения и переносят энергию. Например, печи для плавки чугуна, стали, металла и т. д. являются источниками мощного теплового излучения, и для их нагрева часто используется электричество.

Однако из-за низкого КПД печи большая часть этой электроэнергии преобразуется в тепловую энергию в виде излучения и теряется в окружающей среде. Поэтому учёные придумали способ рекуперации этого потерянного тепла, чтобы преобразовать его в электричество и использовать повторно для других целей.

Технология использования теплового излучения для преобразования его в электричество называется термофотовольтаикой (ТФВ) и по своей природе похожа на солнечную энергию.

Структура ТФВ-устройства для преобразования тепловой энергии в электрическую.

Вилли Дж. Падилла, ведущий автор исследования, описывает природу слоя теплового излучения: «Поскольку количество инфракрасного излучения, или его интенсивность, можно контролировать, этот новый слой инфракрасного излучения может открыть новый способ улавливания и повторного использования потерянного тепла. Существует большой интерес к повторному использованию отходящего тепла, и наша технология может усовершенствовать этот процесс».

Ключевым элементом технологии, которую Падилла и его ученики надеются создать, являются метаматериалы. Это искусственные материалы, не существующие в природе, но обладающие рядом чрезвычайно особых свойств, суть которых заключается в физической структуре, отличной от изначальной структуры исходного природного материала.

В частности, команда Падиллы объединила метаматериал, разработанный специально для высокоэффективного поглощения и излучения инфракрасного излучения, с микроэлектромеханическими системами (МЭМС). В результате было создано устройство, инфракрасные свойства которого можно быстро изменять в масштабе каждого пикселя.

Метаматериалы со свойствами, «противоположными» обычным материалам в природе.

Но самое примечательное преимущество Optica по сравнению с традиционными TPV-устройствами заключается в том, что они по-прежнему способны изменять интенсивность испускаемого инфракрасного излучения без нагрева или охлаждения. Optica может работать при нормальной температуре, не сужая диапазон излучения, как старые TPV-устройства.

Эта деталь позволяет устройствам TPV на базе Optica преобразовывать больше форм инфракрасного излучения в электричество, как из тепла человеческого тела, так и из тепла автомобильного двигателя, которые довольно низкие по сравнению с температурами, излучаемыми печами или металлургическими заводами.

Способность излучать тепло по своему желанию позволяет создавать тепловые «скрытые» камуфляжные слои.

В будущем команда планирует увеличить разрешение слоя МЭМС до 128 x 128 пикселей, что позволит устройству найти гораздо больше применений. От преобразования инфракрасного тепла в электричество до сокрытия инфракрасного излучения и тела или транспортного средства, которое его генерирует, что поможет солдатам лучше маскироваться от тепловизоров противника.

По данным Khoahoc.tv