Anda mendaki ke tempat perkhemahan yang sukar difahami, pek yang dipenuhi dengan peralatan yang cukup untuk membuat anda berpuas hati untuk berundur selama tiga hari dari kehidupan bandar yang kacau-bilau. Tetapi apabila anda sudah bersedia untuk pergi, anda menyedari bukan sahaja telefon bimbit anda mati, baterinya dibelanjakan selepas mencari isyarat sepanjang masa anda telah mengasingkannya, tetapi anda tidak dapat mengingat di mana anda berada, yang bermakna GPS pada telefon anda adalah hidup anda kembali kepada realiti. Mujurlah, kerana bahan baru dibina ke dalam periuk memasak anda, semua yang anda perlu lakukan ialah menghidupkan periuk, memanaskan air di dalamnya dan pasangkan telefon anda ke port yang disambungkan kepadanya. Hanya dalam beberapa jam, telefon anda akan dikenakan bayaran dan anda boleh selamat kembali ke trak anda yang diletakkan di jejak.
Penyelidik di Universiti Utah baru-baru ini mendapati bahawa bahan bukan toksik yang terdiri daripada tiga unsur kimia-kalsium, kobalt dan terbium menghasilkan tenaga termoelektrik daripada haba buangan. Dengan membakar Ca3Co4Og di antara lapisan yang panas, seperti periuk memasak, dan lapisan yang sejuk, seperti makanan atau air di dalam periuk, caj dari hujung panas bergerak melalui hujung sejuk, menghasilkan voltan elektrik.
Tenaga dijana melalui proses thermoelectric menggunakan perbezaan suhu. Dalam kes ini, penyelidik pasca-bahan kejuruteraan bahan dan kejuruteraan Shrikant Saini berkata, walaupun satu darjah perbezaan suhu menghasilkan voltan yang dapat dikesan.
"Dalam bahan termoelektrik, apabila satu hujung bahan panas dan hujung yang lain sejuk, pembawa caj dari hujung panas bergerak melalui bahan ke hujung sejuk, menghasilkan voltan elektrik, " kata Saini, penulis utama di atas kertas itu baru-baru diterbitkan dalam Laporan Saintifik . "Beberapa miligram bahan ini akan memberi kira-kira satu mikrowatt elektrik."
Oleh kerana bahan itu merupakan penemuan baru, Saini mengatakan bahawa mereka berada di tengah-tengah menganalisis gram tepat untuk pengukuran watt; Walau bagaimanapun, anggaran kasar mereka menunjukkan bahawa untuk satu watt kuasa akan dihasilkan, mereka memerlukan kira-kira lima gram bahan.
Dalam grafik ini, panas dari dapur panas, ditambah dengan air sejuk atau makanan di dalam periuk memasak, boleh menjana elektrik yang mencukupi untuk mengecas telefon bimbit. (Ashutosh Tiwari) Pepatah lama memberi amaran kepada kami untuk "tidak membazir, tidak mahu." Tetapi sisa buangan tenaga-adalah sukar untuk ditangkap. Di AS, hampir separuh daripada tenaga kita hilang akibat ketidakcekapan, dan majoriti tenaga kita masih dihasilkan dari petroleum, gas asli dan arang batu yang tidak boleh diperbaharui. Mengikut carta tenaga AS yang dipasang oleh Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, 97.4 quadrilion unit haba British (atau quads) tenaga mentah yang dihasilkan pada tahun 2013 dari solar, nuklear, hidro, angin, panas bumi, gas asli, arang batu, biomas dan petroleum, hanya 38.4 quads sebenarnya digunakan. Ini bermakna 59 quads telah dibazirkan. Mencari cara untuk mengumpul dan menggunakan tenaga yang terbuang ini dapat memberikan sumber yang mampan untuk masa depan.
"Sisa pepejal sememangnya sebahagian besarnya tidak diabaikan, namun jumlah tenaga yang mungkin besar, " kata pengarah kemudahan organik di Jeffrey Urban di Makmal Molekul di Berkeley Labs. "Thermoelectrics adalah laluan yang menjanjikan untuk memanfaatkan dan memanfaatkan sumber ini-mereka secara langsung menukarkan haba ke elektrik tanpa bahagian bergerak, cecair kerja atau kerumitan mekanikal yang lain."
Urban menyatakan bahawa kecekapan, kos bahan dan kemudahan pelaksanaan adalah semua pertimbangan kejuruteraan penting, sambil menambah, "Oleh kerana fizik pengangkutan yang kompleks, termoelektrik cenderung untuk beroperasi secara optimum hanya pada satu suhu tertentu."
Komposisi bahan thermoelektrik terdahulu terdiri daripada unsur-unsur kadmium, telluride atau raksa yang semua toksik kepada manusia dan, menurut penyelidikan Saini, tidak stabil seperti kombinasi Ca3Co4Og. Selain itu, bahan-bahan thermoelektrik yang sebelum ini tidak berskala kerana ia berasal dari pembuatan atau pembuatan kristal tunggal, yang kedua-duanya mahal dan mencabar. Gabungan kimia Saini boleh membenarkan aplikasi berskala besar teknologi termoelektrik ini kerana bahan kimia mudah didapati untuk mencampur dan masak untuk menghasilkan bahan bukan toksik, menjadikannya lebih mudah untuk menghasilkan dalam kelompok yang lebih besar. Ini menjadikan penemuan pengubah permainan mungkin.
"Kami menjangkakan banyak aplikasi bahan ini, " kata Saini. University of Utah telah memohon paten. Saini tidak dapat mendedahkan butir-butir tertentu, tetapi menambah bahan baru yang boleh digunakan dalam perhiasan, periuk memasak dan kereta-atau bahkan mempunyai aplikasi perubatan masa depan.
Thermoelectricity atau elektrik yang dihasilkan melalui perbezaan suhu-berasal pada tahun 1821 apabila Thomas Seebeck dan Jean Peltier mendapati penukaran haba kepada elektrik. Tiga dekad kemudian pada 1851, William Thomson (juga dikenali sebagai Lord Kelvin) mendapati bahawa menjalankan arus elektrik melalui bahan boleh memanaskan atau menyejukkannya, bergantung kepada bagaimana elektron tersebar. Sejak itu, bidang ini terus berkembang apabila para saintis berusaha untuk membawa thermoelectric ke teknologi berskala.
Joshua Zide, profesor sains dan kejuruteraan bahan di University of Delaware, mengkaji unsur-unsur nadir bumi, khususnya terbium, yang merupakan sebahagian daripada gabungan unsur kimia untuk penemuan Saini. Dia mengatakan bahawa terbium tidak semestinya banyak seperti penyelidik mencadangkan walaupun jumlah yang digunakan dalam komposisi kimia dapat membuat jumlah besar titik moot.
"[Terbium], sebenarnya, jauh lebih biasa daripada telurium, yang biasa digunakan dalam thermoelectric tetapi sebenarnya agak jarang, " kata Zide. "Ini telah mengakibatkan kenaikan harga yang besar pada tahun-tahun kebelakangan kerana permintaan telah melonjak untuk kedua-dua termoelektrik dan solar solar photovoltaic [kadmium telluride solar CdTe-yang kedua paling biasa di pasaran]."
Saini mengatakan bahawa teknologi thermoelektrik ini mengambil masa hampir sepuluh tahun untuk menghasilkan, dengan matlamat awalnya untuk mencipta bahan yang efisien sebelum pasukan itu menambah bio-ramah kepada keperluan akhirnya. Sebaik sahaja produk dipatenkan, mereka mahu memperkenalkannya secara komersil. "Pada ketika ini, kita hanya boleh mengatakan bahawa di dalam kereta terdapat banyak haba buangan, yang boleh digunakan untuk menukar menjadi tenaga elektrik, " kata Saini.
Masa depan kuasa thermoelectric menjanjikan, terutamanya dengan penemuan baru ini. Art Gossard, profesor emeritus bahan dan kejuruteraan elektrik dan komputer di University of California-Santa Barbara, percaya teknologi baru itu boleh mempunyai aplikasi masa depan dalam kemajuan tentera, terutama kapal semua-elektrik.
"Anda boleh menggunakan haba yang berasal dari dandang dan reaktor anda untuk menjana elektrik yang kemudiannya akan memandu motor elektrik dan menolak kapal elektrik, " kata Gossard. "Kapal ini akan mempunyai kelebihan untuk tidak meninggalkan air panas di belakang, yang menjadikannya lebih mudah untuk dijejaki. Tetapi ia memerlukan megawatt kuasa, dan thermoelectric tidak diperkembangkan setakat ini. "
Dengan bahan ini, mungkin kita akan sampai ke sana.
