تلعب المواد الكهروحرارية، التي تحول الحرارة إلى كهرباء، دورا حاسما في التقاط الحرارة المهدرة وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام.

هذه المواد مفيدة بشكل خاص في الصناعات والمركبات حيث تنتج المحركات حرارة مهدرة كبيرة، مما يعزز كفاءة الطاقة من خلال توليد كهرباء إضافية، كما أنها واعدة لتطبيقات الطاقة المحمولة، مثل أجهزة الاستشعار عن بعد والأقمار الصناعية، حيث قد لا تكون مصادر الطاقة التقليدية ممكنة.



تولد الأجهزة الكهروحرارية التقليدية، المعروفة باسم الأجهزة الكهروحرارية المتوازية، الجهد على طول نفس اتجاه تدفق الحرارة. تعتمد هذه الأجهزة على نوعين من المواد المتوازية، النوع p والنوع n، والتي تنتج جهدا في اتجاهين متعاكسين. عند توصيلها على التوالي، فإنها تخلق جهدا أقوى، لكن هذا الشكل يزيد من عدد نقاط الاتصال، مما يؤدي إلى مقاومة كهربائية أعلى وفقدان للطاقة.

من ناحية أخرى، تولد الأجهزة الكهروحرارية المستعرضة الكهرباء بشكل عمودي على تدفق الحرارة، مما يوفر ميزة واضحة. مع نقاط اتصال أقل، تمكن هذه الأجهزة من تحويل الطاقة بكفاءة أكبر. تشمل فئة واعدة من المواد لهذه الأجهزة تلك التي لها "قطبية توصيل تعتمد على المحور" (ADCP)، والمعروفة أيضا باسم موصلات goniopolar. تنقل هذه المواد الشحنات الموجبة (نوع  p) في اتجاه واحد والشحنات السالبة (نوع  n) في اتجاه آخر. ومع ذلك، وعلى الرغم من إمكاناتها، فإن التأثير الحراري الكهربائي المستعرض (TTE) لم يتم استكشافه بشكل كافٍ - حتى الآن.


من هذا المنظور، حقق فريق بحثي من اليابان، بقيادة الأستاذ المشارك ريوجي أوكازاكي من قسم الفيزياء والفلك في جامعة طوكيو للعلوم (TUS)، بما في ذلك شويا أوسومي من TUS والدكتور يوشيكي جيه ساتو من جامعة سايتاما، تأثيرا حراريا كهربائيا مستعرضا في سيليسيد التنغستن الرباعي شبه المعدني (WSi2). على الرغم من أن الدراسات السابقة أظهرت أن WSi2 يوفر خاصية  ADCP، إلا أن أصله وTTE المتوقع لم يتم اكتشافهما في التجارب.

يوضح البروفيسور أوكازاكي: "التحويل الحراري الكهربائي العرضي هو ظاهرة تكتسب الاهتمام كتكنولوجيا أساسية جديدة لأجهزة الاستشعار القادرة على قياس درجة الحرارة وتدفق الحرارة. ومع ذلك، لا يوجد سوى عدد محدود من هذه المواد، ولم يتم وضع إرشادات تصميم. هذا هو أول تطبيق مباشر للتحويل الحراري الكهربائي العرضي فيWSi2".

نُشرت دراستهم في 13 تشرين الثاني/ نوفمبر 2024، في مجلة PRX Energy.
قام الباحثون بتحليل خصائص WSi2 من خلال مجموعة من التجارب الفيزيائية والمحاكاة الحاسوبية. قاموا بقياس الطاقة الحرارية والمقاومة الكهربائية والتوصيل الحراري لبلورة WSi2 المفردة على طول محوريها البلوريين في درجات حرارة منخفضة. وجدوا أن خاصية ADCP لـ WSi2 ينشأ من بنيته الإلكترونية الفريدة، والتي تتميز بأسطح فيرمي مختلطة الأبعاد. يكشف هذا الهيكل عن وجود الإلكترونات والثقوب (حاملات الشحنة الموجبة) في أبعاد مختلفة.


سطح فيرمي هو سطح هندسي نظري يفصل بين الحالات الإلكترونية المشغولة وغير المشغولة لحاملات الشحنة داخل مادة صلبة. في WSi2، تشكل الإلكترونات أسطح فيرمي شبه أحادية البعد وتشكل الثقوب أسطح فيرمي شبه ثنائية الأبعاد. تخلق أسطح فيرمي الفريدة هذه موصلية محددة الاتجاه، مما يتيح تأثير TTE.

كما لاحظ الباحثون اختلافات في كيفية توصيل حاملات الشحنة هذه للكهرباء من عينة إلى أخرى، بما يتفق مع الدراسات السابقة. باستخدام المحاكاة القائمة على المبادئ الأولى، أظهر الباحثون أن هذه الاختلافات كانت بسبب الاختلافات في كيفية تشتت حاملات الشحنة بسبب العيوب في بنية الشبكة البلورية لـWSi2. هذه المعرفة هي المفتاح لضبط المادة وتطوير أجهزة كهروحرارية موثوقة. علاوة على ذلك، أظهروا توليد TTE المباشر في WSi2 من خلال تطبيق فرق درجة الحرارة على طول زاوية محددة بالنسبة لكلا المحورين البلوريين، مما أدى إلى جهد عمودي على فرق درجة الحرارة.

يقول البروفيسور أوكازاكي: "تشير نتائجنا إلى أن WSi2 مرشح واعد للأجهزة القائمة على  TTE. ونأمل أن يؤدي هذا البحث إلى تطوير أجهزة استشعار جديدة واكتشاف مواد كهروحرارية عرضية جديدة".

من خلال توضيح آلية توليد TTE في WSi2، تتخذ هذه الدراسة خطوة أخرى نحو المواد المتقدمة التي يمكنها تحويل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة أكبر، مما يؤدي إلى مستقبل أكثر اخضرارا.

المصدر: عربي21

كلمات دلالية: سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا كهرباء كهرباء الطاقة النظيفة الحرارة المهدرة المزيد في تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا سياسة سياسة تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا سياسة اقتصاد رياضة صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة من خلال

إقرأ أيضاً:

«البحوث الفلكية» يشارك في المؤتمر الدولي لتأثيرات الإشعاع على الأجهزة الإلكترونية بالصين

أكد الدكتور أيمن عاشور، وزير التعليم العالي والبحث العلمي، أهمية تعزيز التعاون الدولي في مجال البحث العلمي وتبادل الخبرات، مشيرًا إلى أهمية المشاركة الفاعلة في المؤتمرات الدولية والتي تمثل فرصة حقيقية لإبراز التقدم الذي يحققه الباحثون المصريون على المستوى العالمي، مضيفًا أن الوزارة تولي دعم الباحثين والمشاركات العلمية المتميزة أولوية كبرى انطلاقًا من استراتيجية الدولة لبناء اقتصاد قائم على المعرفة وتعزيز مكانة مصر كمركز إقليمي للبحث والابتكار في المجالات التكنولوجية المتقدمة.

وفي هذا الإطار أشار الدكتور طه رابح، القائم بأعمال رئيس المعهد القومي للبحوث الفلكية والجيوفيزيقية، إلى مشاركة المعهد ممثلًا عن مصر في المؤتمر الدولي السادس لتأثيرات الإشعاع على الأجهزة الإلكترونية، الذي عُقد في مدينة يانغتشو الصينية.

شهد المؤتمر فوز الدكتور سامح حمزاوي، الباحث بقسم الشمس والفضاء بالمعهد، بجائزة أفضل عرض تقديمي شفوي عن بحثه بعنوان “تأثير الإشعاع على أداء خلايا البيروفسكايت الشمسية في البيئات الفضائية”، حيث استعرض أحدث التطورات لمواجهة تحديات الإشعاع الفضائي في تقنيات الطاقة الشمسية المتقدمة وحظي بحثه باهتمام واسع من الحضور، مما يعكس المستوى المتقدم للبحث العلمي المصري في هذا المجال الحيوي.

كما أن المؤتمر شكل منصة مثالية لمناقشة سبل تعزيز الشراكات البحثية مع المؤسسات الصينية والعالمية الرائدة، حيث تم بحث التعاون في إطلاق مشاريع مشتركة وتبادل الخبرات في مجال الإلكترونيات المقاومة للإشعاع وتطبيقاتها الفضائية لتعزيز دور مصر في أبحاث الفضاء.

يُذكر أن مؤتمر ICREED يُعد من أبرز المؤتمرات الدولية المتخصصة في تأثيرات الإشعاع على المواد والأجهزة الإلكترونية.

وتأتي هذه المشاركة في إطار جهود المعهد القومي للبحوث الفلكية والجيوفيزيقية لتعزيز التعاون الدولي وتمكين الباحثين المصريين من المنافسة عالميًا، تماشيًا مع رؤية مصر ٢٠٣٠ للتنمية المستدامة في مجال العلوم والتكنولوجيا.

مقالات مشابهة

  • مجلس النواب يقر نهائيًا قانون الإجراءات الجنائية الجديد.. رمزي: طفرة في مجال العدالة وحماية للحريات
  • أبين تفتتح أول مصنع لإعادة تدوير البلاستيك بالطاقة النظيفة
  • صندوق ألتيرّا يستثمر في «إيفرن» الهندية للطاقة النظيفة
  • كهرباء حماة تعيد تشغيل مركزَي تحويل رئيسيين في سلحب والخندق
  • مداهمة أمنية تسفر عن مصرع عنصريين إجراميين وضبط مخدرات بـ 16 مليون جنيه بأسوان
  • «البحوث الفلكية» يشارك في المؤتمر الدولي لتأثيرات الإشعاع على الأجهزة الإلكترونية بالصين
  • منتدى أدفانتج عُمان يختتم فعالياته بتوقيع اتفاقيات استثمار في الطاقة النظيفة
  • منشآت «كهرباء دبي».. نموذج استدامة يواكب النمو
  • كهرباء اللاذقية تضع مركز تحويل في حي الغراف بالخدمة
  • بـ 10 ملايين جنيه .. ضبط صفقة كبيرة لمخدر الشابو بسفاجا