Исследователи из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН) и китайских научных учреждений создали уникальное устройство, которое генерирует электроэнергию за счет разницы температур. Днем одна сторона устройства нагревается от солнечного света, а ночью другая помогает отводить тепло.
Основой разработки стал термоэлектрический генератор. Такие устройства преобразуют тепловую энергию в электрическую, используя разницу температур между двумя сторонами. Принцип работы основан на том, что при нагревании одной стороны и охлаждении другой возникает электрический ток. Этот подход может быть полезен для создания автономных датчиков и маломощной электроники.
Особенностью новых термогенераторов является возможность поддержания постоянного температурного перепада. В традиционных устройствах это требует сложных систем охлаждения. Однако ученым удалось разработать конструкцию с двумя функциональными частями: одна нагревается, а другая охлаждается. В центральной части расположен термоэлектрический генератор, к которому подключены специальные микроструктурированные пластины.
Первая пластина изготовлена из кремния и покрыта микроскопическими конусами с острыми вершинами. Структура этой пластины вдохновлена фасеточными глазами ночных бабочек, которые обладают антибликовым эффектом. Благодаря такой текстуре пластина поглощает до 95% солнечного света и преобразует его в тепловую энергию. Испытания показали, что температура этой стороны генератора значительно превышает температуру окружающей среды.
Вторая пластина изготовлена из диоксида кремния и выполняет функцию пассивного излучателя. Она позволяет теплу уходить в атмосферу через инфракрасное излучение, обеспечивая естественное охлаждение без дополнительных энергозатрат.
«Основной результат нашей работы – это экспериментальное подтверждение интеграции двух концепций: фототермического преобразования и пассивного радиационного охлаждения в одном устройстве. Эти подходы реализованы благодаря правильному выбору материалов и их микроструктурированию, что определяет оптические свойства в нужных спектральных диапазонах. Это позволило значительно улучшить характеристики коммерческого термоэлектрического генератора», – рассказал соавтор исследования, сотрудник ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.
Устройство было протестировано в разные сезоны. Наилучшие результаты были получены летом, когда солнечного света больше всего. Весной и осенью показатели были ниже, а зимой минимальными. Однако генерация электроэнергии продолжалась и ночью благодаря охлаждению одной из поверхностей.
«Хотя пока устройство генерирует небольшое количество энергии, важен сам принцип устойчивого создания температурного перепада без активного охлаждения. Полученные результаты создают основу для масштабирования и оптимизации термоэлектрических устройств с использованием эффективных микроструктурированных покрытий», – отметил Александр Кучмижак.
По мнению авторов, такие решения могут найти применение в разработке новых поколений термоэлектрических устройств, таких как автономные датчики и маломощная электроника, где важно получать энергию без сложных систем охлаждения и внешнего питания.
В исследовании приняли участие специалисты Харбинского технологического института, Ляонинской академии материалов, ДВФУ, ИАПУ ДВО РАН и других научных организаций.
Источник: atomic-energy.ru
распечатать статью
