سبائك عالية الاستروبي للتطبيقات الكهروحرارية

مقدمة

برزت السبائك عالية الاستقطاب (HEAs) مؤخرًا كمواد واعدة للتطبيقات الكهروحرارية الحرارية في درجات الحرارة العالية نظرًا لخصائصها الفريدة. فيما يلي بعض فوائد استخدام سبائك HEAs للتطبيقات الكهروحرارية الحرارية. نأمل أن تتمكن من الحصول على فهم أفضل لميزات وتطبيقات السبائك عالية الاستقطاب.

ما هي السبائك عالية الاستقطاب؟

السبيكة عالية الخواص هي نوع من السبائك التي تحتوي على 5 عناصر على الأقل، تكون نسبتها متساوية أو متساوية تقريبًا. بالمقارنة مع السبائك التقليدية، فهي لا تحتوي على عنصر أساسي واحد، ولكنها مصنوعة من عدة عناصر أساسية. ويؤدي هذا التركيب الفريد إلى بنية مضطربة، وإنتروبيا عالية، والأهم من ذلك، خصائص وتطبيقات استثنائية.

وتتميز سبائك HEAs بخصائصها الفريدة والمثيرة للإعجاب التي لا تتمتع بها السبائك التقليدية. وتشمل هذه الخصائص القوة العالية والليونة الكبيرة والتوصيل الكهربائي العالي والاستقرار الحراري الفائق. وتتمتع هذه السبائك بمقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة التآكل وخصائص درجات الحرارة العالية أيضًا، مما يجعلها مواد مثالية في البيئات القاسية.

[1]

الشكل 1. أمثلة على السبائك عالية الاستقطاب

بفضل هذه الخصائص الهيكلية والوظيفية، تتمتع السبائك عالية الاستقطاب بمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك تطبيقات الفضاء والسيارات والطب الحيوي. ستستكشف هذه المقالة السبائك عالية الاستقطاب المستخدمة في التطبيقات الكهروحرارية بشكل خاص.

ما هي المواد الكهروحرارية؟

تزداد شعبية تكنولوجيا الكهروحرارية الحرارية (TE) بسرعة مع زيادة الطلب على الطاقة باستمرار. فمن ناحية، يتم استخدام كمية كبيرة من الطاقة المتجددة لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة. ومن ناحية أخرى، تُعد تقنية TE خيارًا جذابًا نظرًا لقدرتها على استخدام طاقة الحرارة المهدرة. تأتي مواد TE أيضًا بحجم تشغيلي صغير، ويمكن تطبيقها في تبريد الحالة الصلبة والإلكترونيات المحمولة والقابلة للارتداء وما إلى ذلك.

يتم استخدام مجموعة واسعة من المواد المتقدمة للتحويل المباشر للطاقة الحرارية المهدرة إلى طاقة كهربائية في تكنولوجيا TE. المواد الكهروحرارية الشائعة هي Zintl وHeusler وSiGe وMgSi وClathrates وCoSb3-Ba. كما تُعد Pb(Te، Se، S) -SeTe وSeTeTe وSiGe وSeGe وSkutterudites مفيدة أيضًا. [2] ومع ذلك، تبرز العديد من السبائك عالية الاستقطاب كمواد جديدة متطورة ذات خصائص عالية الحرارة.

[3]

الشكل 2. أمثلة على مواد TE

لماذا تعتبر السبائك عالية الاستقطاب مناسبة للتطبيقات الكهروحرارية؟

تُعد السبائك عالية الاستقطاب مناسبة تمامًا لتطبيقات TE للخصائص التالية.

--الاستقرار الحراري العالي

أولاً، تُظهر هذه السبائك ثباتاً حرارياً عالياً بسبب انتروبيتها التكوينية العالية، مما يؤدي إلى توزيع عشوائي للذرات. تقلل هذه البنية المضطربة من حدوث التحولات الطورية، حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مواد ممتازة للتطبيقات الكهروحرارية.

--● الموصلية الحرارية العالية

ثانيًا، تحدد طبيعتها المعدنية توصيلها الحراري العالي، مما يؤدي إلى ارتفاع حركية الإلكترونات وانخفاض مقاومتها لتدفق الحرارة. وهذا يجعل من مواد HEAs مواد ممتازة في TE لأن الموصلية الحرارية العالية مطلوبة لتعزيز كفاءة نقل الحرارة في تطبيقات TE.

--الموصلية الكهربائية العالية

بصرف النظر عن الخواص الحرارية، تُظهر مواد HEAs توصيلية كهربائية عالية، مما يسمح بتحويل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة. ولذلك، تصبح HEAs خيارًا ممتازًا لتوليد الطاقة الكهربائية الحرارية.

-- معامل التمدد الحراري المنخفض

تتمتع HEAs بمعامل تمدد حراري منخفض بسبب ترتيبها الذري العشوائي. ويقلل ذلك من احتمالية حدوث إجهاد أو تشوه حراري، مما يجعل مواد HEAs مواد ممتازة للتطبيقات الكهروحرارية.

--الخواص الميكانيكية المعززة

بالإضافة إلى ذلك، تؤدي البنية غير المنتظمة إلى تعزيز الخواص الميكانيكية لمواد HEAs، مثل القوة والليونة العالية. تجعل هذه الخصائص الميكانيكية مواد HEAs مواد ممتازة للتطبيقات الكهروحرارية الحرارية عالية الحرارة لأن المواد ذات القوة والليونة العالية ضرورية لتحمل ظروف التشغيل القاسية.

الخلاصة

باختصار، تقدم مواد HEAs العديد من الفوائد للتطبيقات الكهروحرارية الحرارية، بما في ذلك الاستقرار الحراري العالي، والتوصيل الحراري والكهربائي العالي، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، والخصائص الميكانيكية المحسنة. تجعل هذه الخصائص الفريدة من نوعها من مواد HEAs بديلاً واعداً لمواد TE التقليدية ويمكن أن تؤدي إلى تطوير أجهزة كهروحرارية أكثر كفاءة ومتانة.

وتُعد Stanford Advanced Materials (SAM) مورداً موثوقاً للسبائك عالية الاستقطاب. هناك الكثير من سبائك HEAs عالية الجودة المستخدمة في التطبيقات الكهروحرارية والطباعة ثلاثية الأبعاد ، إلخ. كما تتوفر أيضًا سبائك HEAs بأشكال وأشكال مختلفة. أرسل لنا استفسارًا إذا كنت مهتمًا.

مرجع:

[1] سارو سان، ويانغ تونغ، وهونغبين باي، وبوباثي كومباياه، ويانوين زانغ، وواي-يم تشينغ، حساب المبادئ الأولى لتشوهات الشبكة في أربع سبائك أحادية الطور عالية الإنتروبيا مع التحقق التجريبي، المواد والتصميم، المجلد 209، 2021، 2021، 110071، ISSN 0264-1275 ، https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110071.

[2] شافعي وسمراند وقوه، شنغ. (2020). فوائد اختيار واستخدام السبائك عالية الانتروبيا واستخدامها للتطبيقات الكهروحرارية الحرارية عالية الحرارة. 10.1201/9780367374426-16.

[3] Zeng, Minxiang & Zavanelli, Duncan & Chen, Jiahao & Saeidi-Javash, Mortaza & Du, Yipu & LeBlanc, Saniya & Snyder, G. & Zhang, Yanliang. (2021). طباعة الأحبار الكهروحرارية الحرارية نحو الجيل التالي من أجهزة الطاقة والحرارة. مراجعات الجمعية الكيميائية. 51. 10.1039/d1cs0000490e.