نجح باحثون من جامعة نورث وسترن في تطوير مادة مبتكرة يمكن من خلالها إنتاج الكهرباء من الأجهزة المنتجة للحرارة، مثل أنظمة عوادم المركبات والعمليات والأجهزة الصناعية وكذلك ضوء الشمس، بطريقة أكثر كفاءة مما كان معروفا سابقا.
هناك قيمة كبيرة لهذه المادة المبتكرة، فهي تتمتع بقدرة كهروحرارية عالية تمكن من تحويل 14 بالمائة من الحرارة المفقودة إلى كهرباء. ونشرت النتائج، وهي نتيجة بحث مشترك أجراه الكيميائيون والفيزيائيون وخبراء المواد، في المجلة العلمية كيمياء الطبيعة.
يقول الباحث ميركوري كاناتزيديس، أستاذ الكيمياء في جامعة نورث وسترن: "من المعروف منذ حوالي مائة عام أن أشباه الموصلات لديها هذه القدرة على توليد الكهرباء". "من أجل تحويل هذه القدرة إلى عملية فعالة ومفيدة، كل ما تحتاجه هو المادة الصحيحة، وقد تمكنا من اكتشاف وصفة/نظام لصنع مثل هذه المادة."
تمكن الباحثون من تطوير مثل هذه المادة عن طريق تشتيت بلورات الملح الصخري النانوية (SrTe) داخل مادة تيلوريد الرصاص (PbTe). نجحت المحاولات السابقة في هذا المجال المتمثلة في تضمين مواد نانوية ضمن مادة أكبر في تحسين كفاءة تحويل الطاقة لتيلوريد الرصاص، لكن هذا المزيج تسبب أيضًا في زيادة تشتت الإلكترونات مما أدى إلى انخفاض الموصلية الإجمالية. في هذه الدراسة، يقدم الباحثون أول مثال على الإطلاق لاستخدام الهياكل النانوية المضمنة في تيلوريد الرصاص من أجل تقليل تشتت الإلكترون وزيادة كفاءة تحويل الطاقة في المادة.
وقال الباحث الرئيسي: "يمكننا وضع المادة الجديدة في جهاز غير مكلف مزود بعدد قليل من الأسلاك الكهربائية وربطه بنظام آخر، مثل المصباح الكهربائي". "إن الإضافة التي قدمناها يمكن أن تحسن كفاءة نشاط المصباح من خلال الاستفادة من الحرارة المتولدة في المصباح وتحويل جزء منها، 15-10٪، إلى شكل أكثر فائدة من الطاقة، مثل الكهرباء."
ويوضح الباحث الرئيسي أن صناعات السيارات والكيماويات والبناء والزجاج، التي تستخدم الحرارة لإنتاج منتجاتها، ستكون قادرة على جعل أنظمتها ومعداتها أكثر كفاءة بفضل هذا الإنجاز العلمي.
يقول أحد الباحثين: "إن أزمة الطاقة والوعي البيئي هما السببان الرئيسيان وراء كون اكتشافنا مثيرًا للغاية، لكن النتائج التي توصلنا إليها لا يمكن أن تكون سوى البداية". "يمكن أن يكون لهذه الأنواع من الهياكل تطبيقات أخرى في مجالات العلوم المختلفة التي لم نفكر فيها حتى، في مجالات مثل السلوك الميكانيكي وتحسين صلابة وقوة المواد الجديدة. ونأمل أن يتمكن الآخرون من الاستفادة من نظامنا الجديد واستخدامه في مجالات متنوعة."
