“将废热转化为清洁能源”

感受到电脑和手机的温暖吗？ 这是浪费在设备上的能源。 汽车的话，估计由于废热，燃料效率损失了60%。 有可能捕获这个能量并转换成电能吗？

在热电发电行业工作的研究者绝对会说。 但是，能否用具有价格效益的方法完成仍然是个问题。

目前，热电发电机很少见，主要用于粗空检测器等小型应用，不可能在那里加油。 热电是一个活跃的研究行业，特别是宝马和奥迪等汽车企业。 但是，迄今为止，将热转换为电力的价格表明比电力本身更昂贵。

德克萨斯大学二叠纪盆地( utpb )机械工程高级讲师anveeksh koneru正在探索利用自旋极化材料中电子的量子力学运动捕获废热的新方法。

在粒子物理学中，自旋是基本粒子、复合粒子、原子核所具有的角动量的内在形式。 研究表明，通过被称为自旋-霍尔效应的机理，利用附着在铁磁性材料上的金属接点上的自旋组的不同来产生电压。 日本的研究者在2008年首次通过实验，说明了这个想法渗透到了材料科学中，但没有找到最佳的形状。

koneru认为，在氧化钴中，有可能找到了利用这一效应产生能量的合适材料。 陶瓷工业中用于制造蓝色釉料的无机化合物在水分离技术中具有钴氧化物接受过渡金属阳离子代替的独特能力，可以与镍、铜、锰或锌混合。 这些金属具有磁性，可以增加电子上下旋转的分离，改善热和电的转换。

该材料应是良好的导电体，但导热性能差。 应该让电子传导而不是声子。 这是发烧。 康汝说。 通过实验研究，我们要制造几千种不同的材料组合。 相反，它试图从理论上计算采用替代材料的最佳配置是什么。

年以来，koneru在德克萨斯高级计算中心( tacc )采用超级计算机虚拟测试各种钴氧化物的能量分布，进行了一系列的替换。

他解释说，每次校准需要30~40小时的计算时间，至少需要研究1，000~1，500种不同的结构。 需要巨大的计算设施。 这是tacc提供的。

koneru和utpb研究生gustavo damis resende，nolan hines和西弗吉尼亚大学的合作者terence musho于4月在亚利桑那州凤凰城召开的材料研究学会春季会议上介绍了对钴氧化物热电能力的初步发现。 22

研究了配置有3种钴氧化物的56原子晶胞，调整为通过镍和锌的置换获得最佳热电性能。 他们使用称为quantum espresso的软件包计算每个配置的物理特征。 这些包括:

带隙:将电子激励为传导能量所需的最小能量； 晶格参数:晶格中晶体单元的物理尺寸；

- -传导电子比较有效的质量:粒子在响应力时所具有的那样的质量；

- -自旋极化:自旋在规定方向一致的程度。

然后，利用这些基本特征进行以前传来的电荷和自旋输运计算，可以告诉研究者钴氧化物的构型是如何将热转化为电能的。

研究人员表示，本研究所开发的方法可以应用于其他与半导体有磁性的感兴趣的热电材料，被广泛应用于材料科学界。

研究cyberinfrastructure[/s2/]

作为西弗吉尼亚大学的博士生，koneru可以使用大型超级计算机进行研究。 utpb在当地没有这样的资源，但是为了利用2007年以来为德克萨斯大学系统的研究者服务的tacc先进的计算系统和服务，ut研究互联网基础设施( utrc )计划 组织可以接受tacc的资源、专业信息和培训。

作为utrc计划的一部分，tacc的员工将担任联络员，访问ut系统的14个校园，提供培训和咨询，向研究人员介绍可用的资源。 tacc研究员ari kahn访问utpb时，他遇到了koneru，鼓励他在tacc上计算。

从那以后，koneru采用了lonestar5。 这是为ut系统研究者开发的系统。 尽管还处于初期阶段，但迄今为止的结果依然很有希望。

钴氧化物尖晶石被镍取代后，自旋极化可以看得很清楚，所以很兴奋。 他说，这是个好兆头。 我们看到特定的配置在带隙方面有更高的分离，这是惊人的，我们必须进一步探索。 而且所有校准都结束了，这表明它们是可靠的。

他明确了废热转换的最佳材料后，koneru希望设计一种可应用于车辆尾管的浆料，将废热转换为电能，为汽车电力系统供电。 他估计这种装置的一辆车的价格可能低于500美元，每年可以减少数亿吨温室气体排放量。

他说随着纳米材料纳米加工的最新进展和纳米材料的计算校正旋转热材料在未来的能源转换中起着重要的作用

tacc允许koneru加快尽可能多的材料配置，以便在通过实验测试时控制候选人的数量。

tacc是一个非常方便的系统，如果发生了什么问题，可以指导工作人员。 康汝先生说。 如果教师和学生对需要计算设施的研究感兴趣，tacc是选择的正确选择。 免费提供资源和专业信息。 不管你热衷于什么，那都是个好的推动者。

我们的任务是鼓励全州各地的研究者使用tacc资源创建在实验室和本地集群中不可能的惊人发现。 tacc的ari khan先生说。 koneru博士的研究是这个项目的好例子，空有可能对气体污染和全球变暖造成重大影响。

本文：《“将废热转化为清洁能源”》