novembre 29, 2022

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Les scientifiques créent des cristaux qui génèrent de l’électricité à partir de la chaleur

Les dispositifs thermoélectriques précédents utilisaient des éléments coûteux et toxiques. Les scientifiques ont maintenant créé des cristaux bon marché composés de cuivre, de manganèse, de germanium et de soufre qui peuvent convertir efficacement la chaleur en électricité.

Minéral sulfuré synthétique aux propriétés thermoélectriques.

Dans un effort pour convertir efficacement la chaleur en électricité, des matériaux facilement accessibles à partir de matières premières inoffensives ouvrent de nouveaux horizons dans le développement de matériaux thermoélectriques dits sûrs et peu coûteux. Le cuivre métallique synthétique acquiert une structure et une microstructure complexes par de simples changements dans sa composition, jetant ainsi les bases des propriétés souhaitées, selon une étude récemment publiée dans la revue. Anguandt Kimi.

Le nouveau matériau synthétique est composé de cuivre, de manganèse, de germanium et de soufre, et est produit selon un processus assez simple, explique le scientifique des matériaux Emmanuel Gilmou, chercheur CNRS au laboratoire CRISMAT, Caen, France, et auteur correspondant de l’étude. . « Les poudres sont mélangées mécaniquement par broyage à billes pour former une phase de pré-cristallisation, qui est ensuite condensée à 600 degrés.[{ » attribute= » »>Celsius. This process can be easily scaled up,” he says.

Thermoelectric materials convert heat to electricity. This is especially useful in industrial processes where waste heat is reused as valuable electric power. The converse approach is the cooling of electronic parts, for example, in smartphones or cars. Materials used in these kinds of applications have to be not only efficient, but also inexpensive and, above all, safe for health.

However, thermoelectric devices used to date make use of expensive and toxic elements such as lead and tellurium, which offer the best conversion efficiency. To find safer alternatives, Emmanuel Guilmeau and his team have turned to derivatives of natural copper-based sulfide minerals. These mineral derivatives are mainly composed of nontoxic and abundant elements, and some of them have thermoelectric properties.

Now, the team has succeeded in producing a series of thermoelectric materials showing two crystal structures within the same material. “We were very surprised at the result. Usually, slightly changing the composition has little effect on the structure in this class of materials,” says Emmanuel Guilmeau describing their discovery.

The team found that replacing a small fraction of the manganese with copper produced complex microstructures with interconnected nanodomains, defects, and coherent interfaces, which affected the material’s transport properties for electrons and heat.

Emmanuel Guilmeau says that the novel material produced is stable up to 400 degrees Celsius (750 degrees Fahrenheit), a range well within the waste heat temperature range of most industries. He is convinced that, based on this discovery, novel cheaper, and nontoxic thermoelectric materials could be designed to replace more problematic materials.

Reference: “Engineering Transport Properties in Interconnected Enargite-Stannite Type Cu2+xMn1−xGeS4 Nanocomposites” by Dr. V. Pavan Kumar, S. Passuti, Dr. B. Zhang, Dr. S. Fujii, K. Yoshizawa, Dr. P. Boullay, Dr. S. Le Tonquesse, Dr. C. Prestipino, Prof. B. Raveau, Prof. P. Lemoine, Dr. A. Paecklar, Dr. N. Barrier, Prof. X. Zhou, Prof. M. Yoshiya, Dr. K. Suekuni, Dr. E. Guilmeau, 13 September 2022, Angewandte Chemie International Edition.
DOI: 10.1002/anie.202210600

Funding: Agence Nationale de la Recherche, Horizon 2020 Framework Programme, Japan Society for the Promotion of Science

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