Ученые Национального исследовательского университета «МИЭТ» совершили прорыв, создав уникальный наноматериал. Эта инновация способна многократно увеличить емкость аккумуляторов и эффективно преобразовывать в электроэнергию рассеиваемое тепло, например, от трубопроводов. Разработанный метод производств наноструктур отличается не только высокой результативностью, но и существенно экономичнее, а также безопаснее существующих аналогов.
Уникальный Метод Синтеза
Специалисты МИЭТ сконцентрировались на перспективных наноструктурах на основе германия (Ge), таких как кремний-германиевые нанокомпозиты. Хотя нитевидные структуры германия известны, их основной метод получения до сих пор — осаждение из газовой фазы — был дорогостоящим и связан с работой с вредными токсичными газами.
В поисках более совершенной технологии команда МИЭТ значительно улучшила метод катодного осаждения германия из водных растворов. Этот экологичный подход позволяет эффективно формировать необходимые наноструктуры при комнатной температуре, используя неопасные химикаты.
Применение в Термоэлектрике
Новый материал открывает впечатляющие горизонты для термоэлектрических генераторов – важного ответвления альтернативной энергетики. Такие устройства смогут улавливать избыточное тепло от промышленных труб, котлов ТЭС и трансформировать его в полезное электричество. Ранее широкому применению мешали ограниченная эффективность и дороговизна материалов. Метод МИЭТ обещает сделать преобразование тепла в энергию значительно доступнее и результативнее.
Преимущества Инновационной Технологии
Исследуя свойства созданных германиевых нанонитей, ученые сделали еще одно важное открытие. Оказалось, что лазерный луч, стандартно использующийся для оптического анализа, способен локально нагревать участки наноструктур до точки плавления. Это значит, что даже скромный лабораторный лазер позволяет точно управлять структурой материала, наделяя его требуемыми качествами.
Контроль и Управление Структурой
«Нам удалось продемонстрировать не только кристаллизацию, но и плавление слоя германиевых нанонитей, синтезированных из водных растворов. За счет высокого поглощения света и низкой теплопроводности поглощаемая энергия лазера почти полностью удерживается в материале, обеспечивая глубинные преображения», — с энтузиазмом поясняет Алексей Дронов, доцент Института перспективных материалов и технологий МИЭТ.
Прорыв для Аккумуляторов Будущего
Германиевые нанонити готовы перевернуть рынок литий-ионных аккумуляторов, которые питают большую часть современных гаджетов. Замена традиционных графитовых анодов на электроды из нитевидного германия позволит увеличить удельную емкость батарей в 3-4 раза без увеличения их габаритов. Это ключевой шаг к созданию более мощных и компактных устройств. Кроме того, это открывает путь к использованию более безопасного и недорогого натрия вместо лития, сохраняя высокую энергоемкость.
Будущие Перспективы
В планах команды МИЭТ – создание высокоэффективных композитных термоэлектрических материалов, основанных на нитевидном германии. Такие полупроводниковые пленки помогут обеспечить автономное питание систем мониторинга на трубопроводах, найдут применение в сферах ЖКХ, геологоразведки, метеорологии и значительно повысят энергоэффективность многих технологических циклов.
Изображение: логотип с сайта МИЭТ
Источник: scientificrussia.ru
