Наноматериал, который в несколько раз повысит емкость аккумуляторов и позволит превращать в электричество тепловые потери – например, от горячих труб, разработали ученые Национального исследовательского университета “МИЭТ”. Созданный ими метод производства наноструктур, по их словам, значительно дешевле и безопаснее аналогов. Результаты опубликованы в журнале Journal of Raman Spectroscopy.
По словам специалистов Национального исследовательского университета “Московский институт электронной техники”, наноструктуры на основе германия (Ge), например, кремний-германиевые нанокомпозиты, крайне перспективны, во-первых, при создании высокотемпературных термоэлектрических генетраторов, а во-вторых – при разработке новых типов аккумуляторных батарей.
Термоэлектрические генераторы – одно из направлений альтернативной энергетики. Такие устройства позволяют превращать в электричество избыточное тепло, например, труб и котлов на предприятиях и электростанциях. Сегодня этому препятствует низкая эффективность и высокая цена используемых материалов. Ученые надеются, что новый метод позволит снизить стоимость и повысить КПД термоэлектрических преобразователей.
Нитевидные наноструктуры германия, по словам ученых, известны относительно давно, но наиболее распространенный метод их получения сегодня – осаждение из газовой фазы – имеет ряд недостатков. Главные из них – высокая стоимость и токсичность газов-прекурсоров.
Разрабатывая дешевую и экологически чистую альтернативу этому методу, специалисты МИЭТ, по их словам, серьезно усовершенствовали метод катодного осаждения германия из водных растворов, предложенный несколько лет назад. Этот подход позволяет формировать нитевидные наноструктуры при комнатной температуре, используя безопасные реактивы.
Исследуя полученные образцы, ученые обнаружили, что зондирующее лазерное излучение, применяемое в стандартном методе оптического анализа, нагревает облучаемый участок наноструктруры достаточно, чтобы расплавить его. Таким образом, с помощью маломощного лабораторного лазера оказалось возможно менять структуру наноматериала, предавая ему необходимые свойства.
"Мы показали возможность не только кристаллизации, но даже плавления слоя германиевых нанонитей, сформированных методом осаждения из водных растворов. Благодаря высокому коэффициенту поглощения света и низкой теплопроводности энергия, поглощаемая структурой, практически целиком остается в ней", – рассказал доцент Института перспективных материалов и технологий МИЭТ Алексей Дронов.
Германиевые нанонити, по словам ученых, послужат также для улучшения литий-ионных аккумуляторов, используемых практически в каждом гаджете. Специалисты МИЭТ считают, что замена графитовых электродов, применяемых сейчас, на нитевидный германий повысит емкость аккумулятора в 3-4 раза при тех же размерах. Ученые отметили, что со временем это позволит заменить дорогой и пожароопасный литий на более безопасный и дешевый натрий, сохранив энергоемкость на том же уровне.
В дальнейшем специалисты планируют заняться разработкой композитных термоэлектрических материалов на основе нитевидных наноструктур германия. Как объяснили ученые, покрытие из такой полупроводниковой пленки обеспечит, к примеру, автономную работу контрольной аппаратуры на трубопроводах, будет востребовано в коммунальном хозяйстве, геологии, метеорологии, а также в целом повысит энергоэффективность большого числа процессов.
