--"วัสดุใหม่ทำลายสถิติในการเปลี่ยนความร้อนไปเป็นพลังงานไฟฟ้า"--
พลังงานความร้อนที่เป็นของเสียตามโรงงานอุตสาหกรรม หรือ เกิดจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ หลายคนอาจจะมองว่ามันเป็นสิ่งที่ไม่น่าจะนำไปใช้ประโยชน์ได้และยังส่งผลด้านลบกับประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วย
แต่รู้หรือไม่ว่าความร้อนมันสามารถนำไปใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยนะ เราเรียกเจ้าสิ่งนี้ว่า Thermoelectric generator และในวันนี้ ant จะมาเล่าถึงการทำลายสถิติของวัสดุใหม่ที่สามารถเปลี่ยนพลังงงานความร้อนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม
ก่อนที่จะมาเป็นนวัตกรรมการเปลี่ยนความร้อนไปเป็นกระแสไฟฟ้านั้น ต้องย้อนกลับไปในปีค.ศ.1821 มีนักฟิสิกส์ชาวเอสโทเนียท่านหนึ่งชื่อว่า Thomas Johann Seebeck ได้ค้นพบโดยบังเอิญว่า ถ้าให้ความร้อนที่รอยต่อของโลหะ 2 ชนิด จะทําให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้นระหวางปลายของโลหะทั้งสอง
เนื่องจากกลุ่มอิเล็กตรอนในโลหะด้านร้อนจะมีพลังงานจลน์สูงกว่าโลหะด้านเย็นและเคลื่อนที่เร็วกว่า จึงทําให้เกิดความแตกต่างระหร่างปริมาณของอิเล็กตรอนที่ปลายโลหะดังกล่าว Seebeck จึงได้สรุปว่าความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิมีผลทําให้เกิดกระแสไฟฟ้าในโลหะ จึงเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "Seebeck effect"
รู้หรือไม่ ปรากฏการณ์ Seebeck effect ถูกใช้ในการออกแบบ Probe วัดอุณหภูมิด้วย Probe นั้นถูกเรียกว่า thermocouple
ต่อมาในปีค.ศ.1834 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อว่า Jean Peltier ได้ทําการทดลองผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในโลหะทองแดงและบิสมัทที่เชื่อมต่อกัน ผลที่เกิดขึ้น คือ รอยต่อระหว่างทองแดงและบิสมัททําให้เกิดความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทำควาเย็นได้ด้วยเรียกปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ว่า Peltier effect โดยวิธีของ Seebeck effect และ Peltier effect เป็นการใช้โลหะต่างชนิดกัน ซึ่งมีการระบายความร้อนได้ไม่ดีมากนัก
จนกระทั่งปีค.ศ.1929 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อว่า Abram Fedorovich Loffe ประสบความสําเร็จในการพัฒนาวัสดุ Thermoelectric ที่เกิดจากปรากฏการณ์ Seebeck effect และ Peltier effect โดยใช้สารกึ่งตัวนําแทน
และเมื่อไม่กี่วันที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์จาก Vienna University of Technology (TU Wien) ได้พัฒนาวัสดุใหม่ในการเปลี่ยนความร้อนให้เป็นกระแสไฟฟ้าจากปรากฏการณ์ที่เรากล่าวถึงในข้างต้นคือ Seebeck effect โดยใช้เกณฑ์จากค่า ZT เพื่อบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของวัสดุ Thermoelectric
ประสิทธิภาพของวัสดุ Thermoelectric บ่งชี้ได้ด้วยค่า "ZT" หรือที่เรียกกันว่า Figure of Merit และจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยวัสดุที่มีค่า ZT ที่สูงๆ หรือ มีประสิทธิภาพสูงๆ นั้นต้องมีคุณสมบัติ 3 ประการ ได้แก่
1. ความร้อนของวัสดุ Thermoelectric ต้องถ่ายเท หรือ ขน
ส่งด้วยประจุไฟฟ้าให้มากที่สุด ซึ่งต้องมีค่าสัมประสิทธิ์ seebeck coefficient ที่สูง
2.วัสดุ Thermoelectric มีแรงต้านทานไฟฟ้าต่ำ จึงเป็นสื่อ
นำไฟฟ้าที่ดีได้
3. วัสดุ Thermoelectric เป็นสื่อนำความร้อนที่ไม่ดี เพราะโฟนอนจะเคลื่อนที่หรือขนส่งความร้อนสวนทางกับทิศทาง
ของประจุไฟฟ้า ซึ่งจะมีผลให้ประสิทธิภาพของวัสดุ Thermoelectric ลดลง
โดยพบว่าค่า ZT หรือที่รู้กันชื่อ Figure of Merit ในปัจจุบันที่วัดได้จะอยู่ที่ 2.5 - 2.8 แต่นักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏบัติการ Christian Doppler ของ TU Wien ได้ใช้วัสดุที่ประกอบไปด้วยชั้นบางๆของ iron, vanadium, tungsten และ aluminum ใช้ร่วมกับผลึกซิลิคอนผลปรากฎว่าวัดค่า ZT ออกมาเป็น 5 ถึง 6 ซึ่งสูงที่สุดเท่าที่มีการพัฒนามา นับเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญของวงการ Thermoelectric ซึ่งบทความวิจัยดังกล่าวถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature
ศาสตราจารย์ Ernst Bauer จากสถาบันฟิสิกส์สถานะของแข็งที่ TU Wien ผู้ที่นำทีมการศึกษาวิจัยครั้งนี้กล่าวว่า "ประสิทธิภาพของวัสดุ Thermoelectric ที่ได้นั้นเกิดจากการจัดเรียงตัวของอะตอมในชั้นของโลหะบางๆ อย่าง iron, vanadium, tungsten และ aluminum ที่ใช้ร่วมกับซิลิกอนทำให้เกิดสิ่งหัศจรรย์นี้ขึ้น"
ant คิดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราอาจจะได้เห็น Sensor ที่สร้างจากวัสดุดังกล่าวในการเปลี่ยนความร้อนของเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือ Smartphone ให้สามารถผลิตพลังงานใช้เองในอุปกรณ์เหล่านี้อย่างแน่นอน
ขอบคุณทุกท่านที่เข้ามารับชม ติดตามเรื่องราวดี ๆ ด้าน #วิทยาศาสตร์ #เทคโนโลยี และ #นวัตกรรม ได้ที่ #antnumber9 #มดหมายเลข9
#Thermoelectricgenerator #Seebeckeffect #FigureofMerit #innovation #นวัตกรรมการแปลงความร้อนไปเป็นกระแสไฟฟ้า #Peltiereffect #Thermoelectric
ข้อมูลอ้างอิง
Cr. TU wien
- 8
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
