Termoelektrické materiály dovedou pozoruhodnou věc. Z tepla vytvoří elektřinu, díky takzvanému Peltier-Seebeckově jevu. K tomu dochází, když jsou na termoelektrickém materiálu místa s rozdílnými teplotami. Rozdíl teplot v takovém případě vede ke vzniku elektrického napětí a proudění elektrického proudu.
Množství elektřiny, které může být „vytěženo“ při daném rozdílu teplot, udává hodnota označovaná jako ZT. Čím vyšší je hodnota ZT určitého materiálu, tím jsou lepší jeho termoelektrické vlastnosti. Do této chvíle měly nejlepší známé termoelektrické materiály hodnotu ZT kolem 2,5 až 2,8. Ernst Bauer z Technische Universität Wien (TU Wien) a jeho kolegové teď vyvinuli kompletně nový materiál, jehož hodnota ZT je mezi 5 a 6. Jde o krystal křemíku, který je potažený tenkou vrstvou železa, vanadu, wolframu a hliníku.
Materiál z vídeňské techniky je tak úžasně efektivní v přeměně tepla na elektřinu, že by mohl bez větší námahy získávat energii pro senzory nebo i malé počítačové procesory. Malá elektronická zařízení by už nebylo nutné připojovat ze zdrojům elektřiny, ale k jejich pohonu by postačily rozdíly teplot, které využívá termoelektrický materiál. Výzkum pozoruhodného materiálu zveřejnil časopis Nature.
Jak upozorňuje Bauer, účinný termoelektrický materiál musí splňovat dvě zásadní věci, které je ale dost obtížné skloubit. Jednak musí co nejlépe vést elektrický proud, a zároveň také musí vést co nejhůře vést teplo. Problém je v tom, že vodivost elektřiny a tepla je obvykle blízce spojená. V Bauerově laboratoři již delší dobu studují termoelektrické materiály pro rozmanité aplikace. Výsledkem jejich snažení je zmíněný nový materiál, jehož vlastnosti jsou skutečně podivuhodná.
Železo s vanadem, wolframem a hliníkem vytvářejí pěkně pravidelnou krystalickou strukturu. Když je ale taková vrstva umístěna na krystal křemíku, tak se radikálně změní její krystalická i elektronická struktura a představuje směs pravidelně a nepravidelně uspořádaných částí. Díky těmto změnám materiál klade jen velmi malý odpor průchodu elektrického proudu, ale zároveň v něm podstatně poklesne vodivost tepla.
Baur připouští, že tenká vrstva takového materiálu nemůže generovat ohromná množství elektřiny. Výhodou jejich materiálu ale zase je, že se může snadno přizpůsobit rozmanitým aplikacím. Přímo se nabízí využití takového materiálu v připravovaném Internetu věcí (IoT). V něm by mělo být propojeno mnoho různých zařízení, jejichž činnost bude nutné navzájem koordinovat. A to nepůjde bez značného množství senzorů a podobných elektronických zařízení, které by nebylo praktické a nejspíš ani možné napájet z klasické elektrické sítě. Proto bude mnohem lepší využít k jejich napájení třeba právě termoelektrický materiál.
Literatura
TU Wien 14. 11. 2019, Nature online 13. 11. 2019.