เทอร์โมอิเล็กทริกส์ Thermoelectrics

          ความต้องการด้านพลังงาน ถือเป็นปัญหาใหญ่ของประเทศ และนับวันจะมีผลกระทบรุนแรงต่อการพัฒนาของประเทศไทยมากขึ้น เชื้อเพลิงต่างๆ ที่นำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า เช่น น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน เป็นต้น นับวันจะมีปริมาณน้อยลงทุกที และจะต้องหมดไปในอนาคต  “พลังงานทางเลือก” จึงมีบทบาทสำคัญที่จะเข้ามาทดแทน  และ “เทอร์โมอิเล็กทริกส์ (Thermoelectrics)” เป็นหนึ่งคุณสมบัติของสารที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในพลังงานทางเลือกที่นักวิทยาศาสตร์ กำลังให้ความสนใจและศึกษา

          วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ (Thermoelectrics material) คือ วัสดุที่สามารถเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยใช้ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของจุดสองจุด  โดยอิเล็กตรอนจะเดินทางจากจุดที่มีอุณหภูมิสูงไปยังจุดที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าบนวัสดุ ทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าและความต่างศักย์ ซึ่งสามารถนำพลังงานไฟฟ้าที่ได้มาใช้ประโยชน์ได้  ปัจจุบันวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ในประเทศไทยยังต้องมีการนำเข้าจากต่างประเทศ และมีการประยุกต์ใช้อยู่ในวงแคบๆ เนื่องจากยังขาดความรู้ ความเข้าใจในหลักการทำงานของวัสดุชิ้นนี้ หากเราศึกษาจนสามารถปรับปรุงและพัฒนาประสิทธิภาพของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์นี้ จะสามารถนำไประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย อันนำไปสู่การเพิ่มแหล่งพลังงานทางเลือกในอนาคต

          นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยขอนแก่น และนักวิจัยของสถาบันฯ จึงร่วมทำการศึกษาโครงสร้างของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ที่มีการเติมโลหะเข้าไปใน Ca₂Co₂O₄ (แคลเซียมโคบอลต์ออกไซด์) ด้วยเทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (X-ray absorption spectroscopy) ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์ชนิดของอะตอม อะตอมข้างเคียงและสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เราสนใจ โดยเทคนิคนี้ทำให้ทราบว่า โลหะที่เติมเข้าในตัวอย่างนั้น เข้าไปอยู่ที่ตำแหน่งใดในโครงสร้างของ Ca₂Co₂O₄ เพื่อหาแนวทางในการปรับปรุงสมบัติและประสิทธิภาพของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ให้ดียิ่งขึ้น

          ปัจจุบันมีการนำวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ ไปประยุกต์ใช้หลากหลายด้าน อาทิ

          - รถยนต์ประหยัดพลังงาน โดยติดตั้งเทอร์โมอิเล็กทริกส์ที่ท่อไอเสียรถยนต์ ด้านที่อยู่ติดกับท่อไอเสียจะเป็นด้านที่มีอุณหภูมิสูง ส่วนด้านที่อยู่ในอากาศด้านนอกรถก็จะเป็นด้านที่อุณหภูมิต่ำ ความต่างระหว่างอุณหภูมิสองจุดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อนำไปช่วยขับการเคลื่อนของรถยนต์ได้

          - การชาร์จแบตเตอรี่สมาร์ทโฟน โดยอาศัยการเคลื่อนไหวของร่างกาย เช่น การเดิน หรือการวิ่ง เป็นต้น

โดยงานวิจัยนี้ มีค่า ZT ที่บ่งบอกค่าการมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นกว่าเดิมถึง 35% และสารในตระกูลนี้ยังสามารถนำไปผลิตได้เป็น 2 โมดูล คือ 1. ใช้ความร้อนเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า โดยใช้ความร้อนที่สูญเสียจากอุปกรณ์ ให้ความร้อนต่างๆ ผันเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยจะใช้ในประเทศในเขตหนาว แถบทางยุโรป 2. ใช้ไฟฟ้าผันเป็นความร้อนหรือความเย็นได้ โดยนำไปใช้ในสารให้ความเย็น CFC ในตู้เย็นได้