Om vi ​​ska förhindra den förestående miljökrisen, det är absolut nödvändigt att vi hittar effektiva och hållbara sätt att undvika att vara slöseri. Ett område med stort utrymme för förbättringar är återvinning av spillvärme från industriprocesser och tekniska anordningar till el. Termoelektriska material är kärnan i forskningen inom detta område eftersom de möjliggör ren elproduktion till låg kostnad.

För att termoelektriska material ska användas inom mycket olika områden som stålverk och transport, de måste kunna fungera i både höga och låga temperaturregimer. I detta avseende, halv Heusler Ni-baserade legeringar är för närvarande i rampljuset tack vare deras attraktiva termoelektriska effektivitet, mekanisk styrka, och hållbarhet. Även om stora ansträngningar har ägnats åt att förstå och förbättra dessa märkliga legeringar, forskare har haft svårt att klargöra varför halv-Heusler Ni-baserade legeringar har så hög konverteringseffektivitet. Vissa har teoretiserat att defekter i materialets kristallstruktur ökar dess värmeledningsförmåga och, i tur och ordning, dess konverteringseffektivitet. Dock, kristallstrukturen runt defekterna är okänd och det är deras specifika bidrag.

I en ny studie publicerad i Vetenskapliga rapporter , ett team av forskare från Japan och Turkiet, ledd av docent Hidetoshi Miyazaki från Nagoya Institute of Technology, Japan, har nu försökt göra denna fråga kristallklar! Deras forskning kombinerade teoretiska och experimentella analyser i form av storskaliga kristallstruktursimuleringar och röntgenabsorberingsfina strukturer (XAFS) spektra på NiZrSn-legeringar.

Med hjälp av dessa tekniker, laget beräknade först de strukturella effekter som en ytterligare Ni -atom (defekt) skulle ha i arrangemanget av NiZrSn -kristaller. Sedan, de verifierade de teoretiska förutsägelserna genom olika typer av XAFS -mätningar, som Dr Miyazaki förklarar, "I vår teoretiska ram, vi antog att kristallgitterförvrängningar var en följd av atomfel för att utföra första-principer bandstrukturberäkningar. XAFS gjorde det möjligt att få detaljerad information om den lokala kristallstrukturen kring atomdefekter genom att jämföra kristallstrukturens experimentella och teoretiska spektra. "Dessa observationer gjorde det möjligt för forskarna att exakt kvantifiera den stam som Ni -defekter orsakar i närliggande atomer. De analyserade också de mekanismer genom vilka dessa förändringar ger upphov till en högre värmeledningsförmåga (och omvandlingseffektivitet).

Resultaten av denna studie kommer att vara avgörande för att främja termoelektrisk teknik, som Dr. Miyazaki säger:"Vi förväntar oss att våra resultat kommer att bidra till utvecklingen av en strategi centrerad kring att kontrollera belastningen kring defekta atomer, vilket i sin tur gör att vi kan konstruera nya och bättre termoelektriska material. "Förhoppningsvis, detta kommer att leda till ett språng inom termoelektrisk omvandlingsteknik och påskynda övergången till en mindre slöseri, kolsyrat samhälle - ett där överskottsvärme inte bara slängs utan istället återvinns som en energikälla.

Till sist, Dr Miyazaki framhåller att teknikerna som används för att observera fina förändringar i töjningen i kristallina strukturer lätt kan anpassas till andra typer av material, sådana som är avsedda för spintronic -applikationer och katalysatorer.

Det finns verkligen mycket att vinna på att gå efter de fina detaljerna i materialvetenskap, och vi kan vara säkra på att denna studie markerar ett steg i rätt riktning mot en bättre framtid!