浦項工科大学が画期的な熱電材料を開発、3Dプリント技術で効率的な砂時計形状を実現

浦項工科大学が画期的な熱電材料を開発、3Dプリント技術で効率的な砂時計形状を実現
アンタークティック・ベアは、浦項工科大学(POSTECH)の研究者らがジョージ・ワシントン大学と共同で、 3Dプリント技術を使用して砂時計型の新しい熱電材料形状を開発することに成功し、熱電材料の効率を大幅に向上させたことを知りました。熱電材料は、廃熱を電気に変換できる重要な技術であり、持続可能なエネルギーの応用にとって非常に重要です。この研究は、韓国科学技術情報通信部と韓国国立研究財団の中堅研究者育成プログラムおよびナノ・材料技術開発プログラムの支援を受け、 「発電能力を高めるためのCu2Seベースの熱電材料の幾何学的設計」というタイトルで2024年7月にNature Energy誌に掲載されました。



韓国国立研究財団のイ・グァンボク理事長は、浦項工科大学のジェ・ソン・ソン教授とジョージ・ワシントン大学のサニヤ・ルブラン氏が率いる共同研究チームが、幾何学的設計と3Dプリント技術を通じて熱電材料の従来の形状を変えることに成功し、効率において大きな進歩を遂げたと発表した

熱電技術は熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる技術であり、その持続可能性と再生可能性により広く注目を集めています。熱電材料、特に固体熱電半導体材料がこの技術の中核です。これまでの研究では、主に材料自体の熱電性能指数(ZT)の向上に焦点を当ててきましたが、熱電発電機の実際の応用効率は期待されたレベルに達していないため、効率を向上させるための新たな方法を模索する必要があります。

浦項工科大学とジョージ・ワシントン大学の研究チームは、3Dプリント技術を使用して、8つの異なる形状の熱電材料を設計および最適化することで、熱電発電機の効率を向上させることに成功しました。その中でも砂時計型はすべてのテスト条件において最高の性能を示しました。


△3Dプリント材料の幾何学的設計と微細層欠陥の導入による熱電発電機の効率向上の模式図

研究結果<br /> 研究チームは、さまざまな幾何学的構造をシミュレートし、その発電効率を測定することで、砂時計の形状がすべてのテスト条件下で他の形状よりも優れていることを発見しました。研究チームは、高度な3Dプリント技術を使用して、材料内部に高密度のマイクロレイヤー欠陥を作成し、熱伝導率を効果的に低減して、熱電性能指数(ZT)2.0を達成しました。これは、これまでに3Dプリントされた熱電材料で達成された最高値です。実験結果によると、砂時計型熱電発電機の効率は、従来の長方形型発電機の約3.6倍です。



ソン・ジェソン教授は次のように語っています。「私たちの研究は、微細構造だけに焦点を当てるのではなく、材料の3D形状を制御して熱と電気の輸送に影響を与えることで、熱電材料の効率を大幅に向上できることを示しています。このアプローチは、あらゆる種類の熱電材料、さらには熱電冷却技術にも広く適用できると期待されています。」

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