বর্জ্য তাপ থেকে আরও শক্তি

এপ্রিল 29, 2023 (নানোওয়ার্ক নিউজ) যখন জীবাশ্ম জ্বালানী, কিন্তু জৈব জ্বালানীও পোড়ানো হয়, তখন প্রচুর পরিমাণে শক্তি বর্জ্য তাপ হিসাবে নষ্ট হয়। থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ এই তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করতে পারে, কিন্তু তারা এখনও প্রযুক্তিগত প্রয়োগের জন্য যথেষ্ট দক্ষ নয়। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর আইজেনফোরসচুং-এর একটি দল এখন উপাদানের উপর মাইক্রোস্ট্রাকচারের প্রভাব ব্যাখ্যা করে এবং টাইটানিয়াম যোগ করে উপাদানের বৈশিষ্ট্যগুলিকে অপ্টিমাইজ করে একটি থার্মোইলেকট্রিক উপাদানের দক্ষতা বাড়িয়েছে। শস্যের সীমানা পর্যায়গুলির রসায়ন এবং পারমাণবিক বিন্যাস শস্যের সীমানার মধ্য দিয়ে ইলেক্ট্রন পরিবহনকে সংজ্ঞায়িত করে। টাইটানিয়াম-সমৃদ্ধ শস্যের সীমানা পর্যায়টি একটি পরিবাহী পথ (বাম) প্রদান করে যখন লোহা-সমৃদ্ধ শস্যের সীমানা পর্যায়টি ইলেকট্রনের (ডানদিকে) প্রতিরোধী। (চিত্র: R. Bueno Villoro, Max-Planck-Institut für Eisenforschung) জলবায়ু সংকট আমাদের শুধু জীবাশ্ম জ্বালানি বন্ধ করতে নয়, শক্তি সঞ্চয় করতেও বাধ্য করছে। বিশেষত যেখানে জীবাশ্ম জ্বালানিগুলি এখনও এত দ্রুত প্রতিস্থাপন করা যায় না, সেগুলি অন্তত দক্ষতার সাথে ব্যবহার করা উচিত - উদাহরণস্বরূপ, শক্তি-নিবিড় শিল্প কারখানা বা পাওয়ার স্টেশনগুলির বর্জ্য তাপ থেকে বিদ্যুৎ তৈরি করে৷ বর্তমানে, ইউরোপীয় শিল্পে ব্যবহৃত শক্তির প্রায় 17 শতাংশ বর্জ্য তাপ হিসাবে হারিয়ে যায়। এটি থার্মোইলেকট্রিক উপকরণের সাহায্যে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই ধরনের থার্মোইলেকট্রিক্সে, একটি বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ তৈরি হয় যখন তারা তাপমাত্রার পার্থক্যের সংস্পর্শে আসে। যাইহোক, বর্তমান থার্মোইলেকট্রিক্স বৃহৎ শিল্প স্কেলে ব্যবহার করার জন্য যথেষ্ট দক্ষ নয়। ডুসেলডর্ফ-ভিত্তিক ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফুর আইজেনফর্সচুং-এর নেতৃত্বে একটি গবেষণা দল এখন একটি থার্মোইলেকট্রিক অপ্টিমাইজ করতে সফল হয়েছে, কারণ উপকরণগুলি প্রযুক্তিগত ভাষায় পরিচিত, এবং এইভাবে শিল্প ব্যবহারের কাছাকাছি আসে। দলটি জার্নালে তার ফলাফল প্রকাশ করেছে উন্নত শক্তি উপকরণ ("NbFeSb অর্ধ-Heusler সংকর ধাতুর শস্যের সীমানা পর্যায়: তাপবিদ্যুৎ পদার্থের পরিবহন বৈশিষ্ট্য সুরক্ষিত করার একটি নতুন পথ") দলটি নাইওবিয়াম, লোহা এবং অ্যান্টিমনির একটি সংকর ধাতু অধ্যয়ন করেছে যা 70 থেকে 700 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় বর্জ্য তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করে যার দক্ষতা আট শতাংশ - যা বর্তমানে সবচেয়ে দক্ষ থার্মোইলেক্ট্রিকগুলির মধ্যে একটি। শুধুমাত্র বিসমাথ এবং টেলুরিয়াম দিয়ে তৈরি একটি উপাদান একই মান অর্জন করে। যাইহোক, বিসমাথ টেলউরাইড শুধুমাত্র অপেক্ষাকৃত কম তাপমাত্রায় ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত এবং যান্ত্রিকভাবে নিওবিয়াম, আয়রন এবং অ্যান্টিমনি দিয়ে তৈরি থার্মোইলেকট্রিক থেকে কম স্থিতিশীল। উপরন্তু, এর উপাদান কম সহজলভ্য।

টাইটানিয়াম বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উন্নত করে

নিওবিয়াম, লোহা এবং অ্যান্টিমনি দিয়ে তৈরি থার্মোইলেক্ট্রিকের দক্ষতা আরও বাড়ানোর জন্য, গবেষকরা এর মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছেন। বেশিরভাগ ধাতুর মতো, তাপবিদ্যুৎ পদার্থগুলি ক্ষুদ্র স্ফটিক দ্বারা গঠিত। শস্যের গঠন এবং গঠন, সেইসাথে তাদের মধ্যবর্তী স্থানগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি, যা শস্যের সীমানা হিসাবে পরিচিত, তাপবিদ্যুৎ পদার্থের তাপীয় এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পূর্ববর্তী গবেষণায় দেখানো হয়েছে যে শস্যের সীমানা উপাদানের তাপীয় এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উভয়ই হ্রাস করে। সর্বোচ্চ সম্ভাব্য দক্ষতার জন্য, তাপ পরিবাহিতা যতটা সম্ভব কম হওয়া উচিত যাতে তাপ, অর্থাৎ শক্তি উপাদানে থাকে। যাইহোক, যতটা সম্ভব তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার জন্য বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উচ্চ হওয়া উচিত। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর আইজেনফোরসচুং, নর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটি (ইউএসএ) এবং সলিড স্টেট অ্যান্ড ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চ ড্রেসডেনের লাইবনিজ ইনস্টিটিউটের দলের লক্ষ্য তাই শস্যের সীমানাকে এমনভাবে অপ্টিমাইজ করা যাতে শুধুমাত্র তাপ পরিবাহিতা হ্রাস পায়, কিন্তু বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা নয়। "আমরা স্ক্যানিং ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ এবং পরমাণু প্রোব ব্যবহার করে পারমাণবিক স্তরে খাদের মাইক্রোস্ট্রাকচার অধ্যয়ন করেছি," বলেছেন রুবেন বুয়েনো ভিলোরো, ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর আইজেনফোরসচুং-এর একজন ডক্টরাল ছাত্র৷ "আমাদের বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে বৈদ্যুতিক এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত করার জন্য শস্যের সীমানা অপ্টিমাইজ করা দরকার।" "বস্তুতে শস্য যত ছোট হবে, শস্যের সীমানা তত বেশি হবে এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা তত খারাপ হবে," একই গবেষণা গোষ্ঠীর প্রকল্প নেতা সিউয়ান ঝাং ব্যাখ্যা করেছেন। “বস্তুতে শস্যের আকার বাড়ানোর কোন মানে হয় না, কারণ বড় দানা তাপ পরিবাহিতা বাড়াবে এবং আমরা তাপ এবং তাই শক্তি হারাবো। অতএব, ছোট দানা থাকা সত্ত্বেও আমাদের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বাড়ানোর উপায় খুঁজে বের করতে হয়েছিল।" গবেষকরা টাইটানিয়াম দিয়ে উপাদানকে সমৃদ্ধ করে সমস্যার সমাধান করেছেন, যা অন্যান্য জিনিসের মধ্যে শস্যের সীমানায় জমা হয় এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে। এইভাবে, তারা খাদের তাপবিদ্যুৎ দক্ষতা 40 শতাংশ পর্যন্ত বাড়িয়েছে। ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, তবে, দক্ষতা এখনও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করা প্রয়োজন।

পরবর্তী ধাপ: শস্যের সীমানায় টাইটানিয়ামের নির্বাচনী সমৃদ্ধকরণ

এখন গবেষণা দলটি টাইটানিয়ামের সাথে সম্পূর্ণ উপাদানকে সমৃদ্ধ না করে শুধুমাত্র শস্যের সীমানায় টাইটানিয়াম যুক্ত করার উপায়গুলি বিশ্লেষণ করছে। এই কৌশলটি খরচ বাঁচায় এবং থার্মোইলেক্ট্রিক উপাদানের মূল রাসায়নিক সংমিশ্রণকে মূলত সংরক্ষণ করে। বর্তমান গবেষণা দেখায় যে কীভাবে কার্যকরী বৈশিষ্ট্যগুলি নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যগুলিকে বিশেষভাবে অপ্টিমাইজ করার জন্য একটি উপাদানের পারমাণবিক কাঠামোর সাথে সংযুক্ত করা যেতে পারে।

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ডেটা ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• অ্যাড্রিয়েন অ্যাশলির সাথে ভবিষ্যত মিন্টিং। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62920.php