Har din ratt varit för varm för att röra den här sommaren? Ett nytt termoelektriskt material rapporteras i tidningen Vetenskap kan erbjuda lättnad.

Den utbredda tillämpningen av termoelektriska enheter som direkt kan omvandla elektricitet till termisk energi för kylning och uppvärmning har hindrats, till viss del, av bristen på material som är både billiga och mycket effektiva vid rumstemperatur.

Nu har forskare från University of Houston och Massachusetts Institute of Technology rapporterat upptäckten av ett nytt material som fungerar effektivt vid rumstemperatur samtidigt som det nästan inte kräver något dyrt tellur, en viktig komponent i det nuvarande toppmoderna materialet.

Arbetet, beskrivs i en artikel publicerad av Vetenskap Torsdag, 18 juli kl. har potentiella applikationer för att hålla elektroniska enheter, fordon och andra komponenter från överhettning, sa Zhifeng Ren, motsvarande författare om arbetet och chef för Texas Center for Superconductivity vid UH, där han också är MD Anderson professor i fysik.

"Vi har tagit fram ett nytt material, vilket är billigt men ändå fungerar lika bra som det traditionella, dyrare material, "Sade Ren. Forskarna säger att framtida arbete kan minska det lilla prestandaklyftan mellan deras nya material och det traditionella materialet, en vismut-tellur-baserad legering.

Termoelektriska material fungerar genom att utnyttja flödet av värmeström från ett varmare område till ett svalare område, och termoelektriska kylmoduler fungerar enligt Peltier -effekten, som beskriver värmeöverföringen mellan två elektriska korsningar.

Termoelektriska material kan också användas för att vända spillvärme - från kraftverk, bilrör och andra källor - till el, och ett antal nya material har rapporterats för den applikationen, vilket kräver att material fungerar vid mycket högre temperaturer.

Termoelektriska kylmoduler har varit en stor utmaning eftersom de måste arbeta vid svalare temperaturer, där den termoelektriska förtjänstfiguren, eller ZT, är låg eftersom den är beroende av temperaturen. Meritvärdet är ett mått som används för att bestämma hur effektivt ett termoelektriskt material fungerar.

Trots utmaningen, termoelektriska kylmoduler också, åtminstone för stunden, erbjuda mer kommersiell potential, delvis för att de kan fungera under en lång livslängd vid svalare temperaturer; termoelektrisk kraftproduktion kompliceras av problem relaterade till de höga temperaturer vid vilka den fungerar, inklusive oxidation och termisk instabilitet.

Marknaden för termoelektrisk kylning växer. "Den globala termoelektriska modulmarknaden var värd ~ 0,6 miljarder amerikanska dollar 2018 och den förväntas nå ~ 1,7 miljarder amerikanska dollar år 2027, "skrev forskarna.

Vismut-tellurlegeringar har ansetts vara det bäst presterande materialet för värmekylning i decennier, men forskarna sa att den höga kostnaden för tellur har begränsad utbredd användning. Jun Mao, en postdoktoral forskare vid UH och första författare på uppsatsen, sa att kostnaden har sjunkit nyligen men förblir cirka $ 50/kilo. Det kan jämföras med cirka $ 6/kilo för magnesium, en huvudkomponent i det nya materialet.

Förutom Ren och Mao, ytterligare författare på tidningen inkluderar Hangtian Zhu, Zihang Liu och Geethal Amila Gamage, alla vid UH Institutionen för fysik och TcSUH, och Zhiwei Ding och Gang Chen vid Institutionen för maskinteknik vid Massachusetts Institute of Technology.

De rapporterade att det nya materialet, består av magnesium och vismut och skapat i en form som bär en negativ laddning, känd som n-typ, var nästan lika effektivt som det traditionella vismut-tellurmaterialet. Den där, i kombination med den lägre kostnaden, bör utöka användningen av termoelektriska moduler för kylning, sa de.

För att producera en termoelektrisk modul med hjälp av det nya materialet, forskare kombinerade det med en positiv laddning, eller p-typ, version av den traditionella vismut-tellurlegeringen. Mao sa att det tillät dem att använda bara hälften så mycket tellur som de flesta nuvarande moduler.

Eftersom materialkostnaden står för ungefär en tredjedel av kostnaden för enheten, att besparingarna ökar, han sa.

Det nya materialet upprätthåller också mer framgångsrik elektrisk kontakt än de flesta nanostrukturerade material, rapporterade forskarna.