Промисловий планетарний млин.
Вчені з НІТУ «МІСіС» розробили надшвидкий спосіб отримання термоелектричного матеріалу, здатного безпосередньо перетворювати тепло в електрику. З'єднання на основі складного оксиду металів було отримано в сім разів швидше, ніж у всіх раніше представлених світових експериментах. Використовуваний у роботі метод відкриває перспективи промислового отримання порошків термоелектричних матеріалів і створення на їх основі пристроїв, які, наприклад, можуть одночасно заряджати гаджети і обігрівати приміщення.
Робота опублікована в журналі Materials Letters.
Термоелектрики - особливий клас матеріалів, за допомогою яких можна безпосередньо перетворювати тепло в електрику, минаючи етап перетворення теплової енергії на механічну, як на звичайних теплоелектростанціях. На основі термоелектричних матеріалів можна створювати пристрої нового покоління енергетики. Наприклад, це може бути рекуператор, що дозволяє використовувати кидове тепло вихлопної системи автомобіля для зниження витрати палива.
Ключова проблема - знайти оптимальний склад і отримати самі термоелектрики, які були б ефективні і при цьому стійкі до високих температур близько 600 - 900 ° C, не деградували і не окислялися в процесі роботи в жорстких режимах.
Колектив НОЦ енергоефективності НІТУ «МІСіС» активно досліджує термоелектричні матеріали на основі складних оксидів металів, зокрема, з'єднання на основі вісмуту, міді та селену. Останнє показує хороші характеристики ефективності в якості перетворювача енергії, при цьому стабільно до впливу високих температур і не схильне до окислення, а значить, здатне працювати надійно і довго.
Зрозуміло, є й істотний мінус - матеріал складно отримати, класичним методом, так званим твердофазним синтезом, коли суміш необхідних вихідних компонентів запаюють в герметичній кварцевій ампулі і поміщають в піч, де компоненти спекаються протягом декількох днів при температурах 300 - 700 ° C до отримання готового термоелектричного матеріалу. Крім того - витрачені при такій процедурі ресурси, роблять спосіб нерентабельним для промислового застосування.
Вчені НІТУ «МІСіС» у процесі серії експериментів знайшли альтернативу - механічне сплавлення у високоенергетичному планетарному млині - поширеному приладі для тонкого подрібнення матеріалів, аналоги якого є на сучасних виробництвах.
Під час дослідів у планетарний млин завантажували порошки вихідних речовин - оксиду вісмута, чистого вісмуту, міді та селену і застосовували інтенсивний механічний вплив без високих температур. У підсумку вийшов однорідний порошок хімічного складу BiCuSeO, тобто повністю синтезований матеріал з потрібними характеристиками.
«У фіналі цілої серії експериментів нам вдалося знайти оптимальне поєднання режимів швидкості і часу механічного сплавлення, яке дозволило отримати порошок BiCuSeO в рекордно короткий термін - близько 60 хвилин, при тому, що всі світові аналоги подібних експериментів в кращому випадку дозволяли здійснити синтез за 7 - 13 годин», - розповідає один з авторів роботи, інженер НОЦ енергоефективності, канд. фіз.-мат. наук Андрій Новицький.
Простота методу і досягнута швидкість отримання матеріалу, за словами вчених, дозволять масштабувати технологію на сучасних хімічних виробництвах.
Одним з можливих пристроїв, який можна створити на основі отриманого термоелектричного матеріалу, є універсальна компактна піч «3 в 1» для застосування на дачі, в лісі, в тайзі та інших місцях, де доступ до електрики і тепла ускладнений. Це невелика пічка, яка зможе топитися дровами, обігрівати приміщення, служити плитою на приготування їжі і одночасно виробляти електрику потужністю близько 50 Вт - достатню для зарядки всіх персональних гаджетів.
Зараз колектив веде роботи з адаптації технології під конкретні виробництва.
