thiết kế thi công trạm điện tại đồng nai, thiết kế thi công hệ thống chiếu sáng công cộng tại đồng

Các định luật nhiệt động lực học không cho phép chúng ta thu được cái gì đó từ những thứ vô giá trị. Bất cứ khi nào bạn sử dụng điện sẽ tạo ra những thứ vô giá trị, thông thường là nhiệt.

Thiết bị nhiệt điện dựa trên hiệu ứng bất thường Nernst (trái) và hiệu ứng Seebeck (phải). V thể hiện hướng của dòng điện, T là građien nhiệt độ và M là từ trường.

Cố gắng tái chế một phần nhiệt này là mục tiêu khoa học trong thời gian dài. Hiện nay, các nghiên cứu đã phát triển được một phương pháp mới có thể sử dụng cho các thiết bị nhỏ như cảm biến từ xa hoặc những công nghệ có thể đeo trên người được. Phát minh này đã được báo cáo trong tạp chí Tự nhiên.

Các nhà nghiên cứu từ trường Đại học Tokyo đã thiết kế một máy phát nhiệt điện mỏng dựa trên kim loại để chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng, và có thể cấp điện cho một số thiết bị có nhu cầu sử dụng điện thấp. Máy phát điện mới được công bố này sử dụng sắt và nhôm hoặc gali. Chiếc máy này rất lợi thế vì ba lý do sau đây: những kim loại này không độc, các vật liệu có thể đúc thành nhiều hình dạng khác nhau, và các nguyên tố này khá phổ biến nên giá cả phải chăng.

Tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư Satoru Nakatsuji cho biết: cho đến nay, tất cả các nghiên cứu về sản xuất nhiệt điện đều tập trung vào hiệu ứng quen thuộc nhưng bị hạn chế Seebeck. Ngược lại, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào một hiện tượng tương đối ít quen thuộc hơn là hiệu ứng bất thường Nernst (ANE).

Hiệu ứng bất thường Nernst cho phép nhóm nghiên cứu tạo ra một dòng điện vuông góc với građien nhiệt độ thay vì theo phương song song. Điều này là một lợi thế vì người ta có thể định hình các thiết bị máy phát tí hon theo những cách khác nhau khiến chúng trở nên lý tưởng cho các công nghệ đeo trên người.

Trong cả hai kịch bản hiệu ứng ANE và Seebeck, chiếc máy phát này đều được đặt ở giữa một cơ thể nóng và lạnh, nhưng có một điểm khác biệt quan trọng. Chỉ cần tưởng tượng về một chiếc máy phát điện trên da bạn chẳng hạn, khi cơ thể bạn tỏa nhiệt sẽ tạo ra một dòng điện. Trong thiết lập theo hiệu ứng Seebeck, dòng điện được tạo ra cùng hướng với nhiệt (hướng ra ngoài), vì thế thiết bị này cần có độ dày nhất định.

Trong thiết lập theo hiệu ứng ANE, dòng điện tạo ra theo phương vuông góc với nhiệt và di chuyển song song với bề mặt da, cho phép việc chế tạo các máy phát mỏng hơn. Những nỗ lực nghiên cứu trước đây dùng hiệu ứng ANE cần đến các vật liệu độc hại và/hoặc đắt tiền, đó là lý do tại sao đến nay chúng vẫn không trở thành trọng tâm.

Trưởng nhóm nghiên cứu, tiến sĩ Akito Sakai giải thích: vật liệu được chế tạo với 75% sắt và 25% nhôm (Fe3Al) hoặc gali (Fe3Ga) thông qua một quá trình kích thích. Điều này giúp thúc đẩy hiệu ứng ANE một cách đáng kể. Nhóm nghiên cứu đã thấy điện áp tăng gấp đôi so với các mẫu không được kích thích, thật thú vị khi nhìn thấy điều đó.

Thiết kế các vật liệu mới nhằm tận dụng ưu điểm của một số định luật vật lý bất thường thường là một quá trình thử nghiệm gian khổ với nhiều sai sót. Cần phải lặp đi lặp lại quá trình thử nghiệm, và việc thường xuyên sử dụng các loại nguyên vật liệu ban đầu hết sức tốn kém, đồng thời rất mất thời gian để thực hiện trên quy mô lớn.

Nhóm nghiên cứu đã tận dụng các mô phỏng máy tính mạnh mẽ hiện đại nhất để lập kế hoạch, cho phép họ tìm ra các loại vật liệu phù hợp để thử nghiệm.

Nhà khoa học Nakatsuji chia sẻ, các tính toán số học đã đóng góp rất lớn cho phát hiện của nhóm nghiên cứu, ví dụ như, các tính toán tự động tốc độ cao giúp họ tìm ra những vật liệu phù hợp để thử nghiệm. Và các tính toán có nguyên tắc đầu tiên dựa trên cơ học lượng tự đã rút ngắn quá trình phân tích các cấu trúc điện tử gọi là mạng nút – điều rất quan trọng đối với các thí nghiệm.

Chia sẻ: