บทความโดย รศ. ดร.ธนายุทธ แก้วมารยา และคณะ
วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก (Thermoelectric materials) เป็นวัสดุฉลาด (Smart materials) ที่สามารถผันพลังงานความร้อนเป็นกระแสไฟฟ้าและในทางกลับกันก็ยังสามารถเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นความเย็นได้ วัสดุดังกล่าวสามารถใช้ผันความร้อนของเสีย (Waste heat) เช่น จากโรงงานอุตสาหกรรม การเผาไหม้เครื่องยนต์สันดาป ให้กลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งเป็นวัสดุทำความเย็น การผันพลังงานของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ควอนตัม คือ คลื่นการสั่นของอะตอมในโครงสร้างผลึกที่เรียกว่า “โฟนอน (Phonons)” และการเคลื่อนที่ของพาหะ (Carrier) ซึ่งมีทั้งอิเล็กตรอน (Electron) และโฮล (Hole) เมื่อวัสดุได้รับอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างปลายทั้งสองข้าง จะเหนี่ยวนำให้เกิดความต่างศักย์ขึ้นเป็นผลให้เกิดการเคลื่อนที่ของพาหะและทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าขึ้น ในทางกลับกันเมื่อให้ความต่างศักย์ไฟฟ้ากับวัสดุ จะเกิดการถ่ายเทความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงไปตํ่า จะได้ความเย็นออกมา ปัจจุบันการวิจัยและพัฒนาวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกมีวัตถุประสงค์หลัก คือ การเพิ่มประสิทธิภาพการผันพลังงานให้สูงขึ้น งานวิจัยนี้จึงได้นำเสนอการเพิ่มประสิทธิภาพการผันพลังงานของแพลเลเดียมไดเซเลไนด์ (PdSe2) ที่มีโครงสร้างอะตอมแบบ 2 มิติและโครงข่ายห้าเหลี่ยม (Pentagonal) ซึ่งมีศักยภาพผันพลังงานได้ดีเยี่ยมเนื่องจากโครงสร้างอะตอมมีความสมมาตรต่ำ ระเบียบวิธีวิจัยที่ใช้ คือ การคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์ฟิสิกส์ควอนตัมจากทฤษฎีฟังก์ชั่นนอลความหนาแน่น (Density functional theory) ร่วมกับทฤษฎีการส่งผ่านแบบโบลตซ์มัน (Boltzmann transport) จากการศึกษาเชิงคอมพิวเตอร์พบว่าประสิทธิภาพการเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าจะถูกบ่งชี้โดย ค่าสัมประสิทธิฟิกเกอร์ออฟเมอร์ริท (ZT) วัสดุที่มีค่า ZT สูงแสดงว่าสามารถผันพลังงานความได้มีประสิทธิภาพ จากการศึกษาเราพบว่า PdSe2 มีประสิทธิภาพการเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าสูงกว่าวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกทั่วไป โดยมีค่า ZT เป็น 0.84 และ 0.42 ที่อุณหภูมิ 900K และ 600K ตามลำดับ ผลการศึกษานี้ได้บ่งชี้ศักยภาพการนำ PdSe2 ใช้ในการผันความร้อนของเสียเป็นพลังงานไฟฟ้าที่สามารถใช้งานในย่านอุณหภูมิสูง เช่น ความร้อนจากโรงงานอุตสาหกรรม การเผาไหม้เครื่องยนต์สันดาป
