थर्मोइलेक्ट्रिक प्रगति गर्मी को स्मार्ट डिवाइसों के लिए बिजली में बदलती है

एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल ने ऐसा मिश्रित पदार्थ बनाया है जिसमें ऊष्मा का प्रवाह घटा, जबकि विद्युत आवेश ले जाने वाले कणों की गतिशीलता बढ़ी। Nature Communications में प्रकाशित अध्ययन ऊष्मा-विद्युत पदार्थ के प्रयोगशाला गुणों के बारे में है, किसी तैयार स्वचालित स्मार्ट डिवाइस के बारे में नहीं। ऊष्मा-विद्युत उपकरण तापांतर से बिजली बना सकता है या बिजली से शीतलन कर सकता है; वास्तविक उपयोग में पूरे उपकरण की बनावट और तापांतर निर्णायक होते हैं।

ऊष्मा और आवेश के प्रवाह को अलग करना

प्रभावी ऊष्मा-विद्युत पदार्थ को विद्युत का अच्छा और ऊष्मा का अपेक्षाकृत कमजोर चालक होना चाहिए। यदि गर्म और ठंडी सतह के बीच तापांतर तेज़ी से मिट जाए, तो ऊर्जा रूपांतरण सीमित हो जाता है। पहले के कई तरीकों में क्रिस्टल जाल से गुजरने वाली ऊष्मा कम करने पर विद्युत वाहकों की गतिशीलता भी घट जाती थी। कमरे के तापमान के आसपास बिस्मथ टेल्यूराइड आधारित पदार्थ व्यावसायिक मानक हैं, लेकिन टेल्यूरियम की उपलब्धता और पदार्थ की भंगुरता सीमाएँ हैं।

नई मिश्रित संरचना

शोधकर्ताओं ने लोहा, वैनेडियम, टैंटलम और एल्युमिनियम वाली Fe₂VAl प्रकार की ह्यूस्लर मिश्रधातु के दानों की सीमाओं पर बिस्मथ–एंटीमनी चरण रखा। द्रव-चरण सिंटरिंग के बाद इन सीमाओं ने क्रिस्टल जाल के रास्ते ऊष्मा का प्रवाह कम किया और बेहतर वाहक गतिशीलता से संबंध दिखाया। टीम ने पदार्थ की संरचना, ऊष्मा-विद्युत गुण और चुंबकीय परिवहन की जाँच की। इस प्रभाव की पूरी सैद्धांतिक व्याख्या पर और काम ज़रूरी है।

स्रोत: Nature Communications

प्रयोग का परिणाम

सर्वश्रेष्ठ नमूने का आयामहीन ऊष्मा-विद्युत गुणवत्ता सूचक zT लगभग 0.5 था, तापमान 295 K यानी कमरे के तापमान के पास। चुने गए आधार पदार्थ की तुलना में यह गुणवत्ता सूचक दो गुने से अधिक सुधरा और ह्यूस्लर यौगिकों के बेहतर प्रकाशित परिणामों में शामिल हुआ। इसका अर्थ 100% ताप-से-बिजली रूपांतरण दक्षता या तैयार उपकरण की दो गुनी बिजली नहीं है। अध्ययन यह भी साबित नहीं करता कि हर परिस्थिति में यह व्यावसायिक बिस्मथ टेल्यूराइड से बेहतर है।

संभावित प्रयोग और बची हुई चुनौतियाँ

बर्बाद हो रही ऊष्मा से ऊर्जा लेना, सेंसर चलाना और ठंडा रखने वाले घटक भविष्य के उपयोग हो सकते हैं। संपर्कों की गुणवत्ता, उपलब्ध तापांतर, दीर्घकालीन स्थिरता और उत्पादन लागत वास्तविक प्रदर्शन तय करेंगे। मूल लेख का दावा कि सारे घटक आसानी से उपलब्ध तत्व हैं, बहुत व्यापक है: मिश्रण में बिस्मथ और टैंटलम भी हैं। शोधपत्र पूर्ण उपकरण की जीवन-चक्र जाँच, औद्योगिक लागत या निश्चित बाज़ार समयसीमा नहीं देता।

अलग कंपनी का संदर्भ

TTM Technologies मुख्यतः प्रिंटेड सर्किट बोर्ड बनाती है। वह इस शोध में भागीदार नहीं थी। प्रयोगशाला के परिणाम से उसके उत्पादों या शेयर को सीधे लाभ होगा, ऐसा निष्कर्ष नहीं निकलता।

(TTMI )

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अध्ययन

Garmroudi, F. एवं अन्य (2025), “Decoupled charge and heat transport in Fe₂VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks”, Nature Communications 16, 2976. doi:10.1038/s41467-025-57250-6।