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                美國發明熱電新材料可防熱量浪費

                  研究人員試圖使用被稱為“熱電”的半導體設備回收一些熱量,但它們中的大多數仍舊十分低效且昂貴?,F在,美國伊-利-諾-伊-州-的科學家報告稱,他們利用一種廉價的常見材料創造了迄今為止回收效率最高的熱電。研究人員稱,在該過程中,他們獲得了寶貴的經驗,最終可以使該材料的效率滿足大范圍應用的需求。若能實現大范圍應用,熱電在將來可以為汽車提供動力,并清理鍋爐和電廠等釋放出的能量。

                  熱電設備是半導體厚片,這些半導體有著奇怪卻有用的特性:在其一邊加熱可以產生電壓,用于驅動電流和電力設備。為了獲得電壓,熱電必須是良好的電導體以及不好的熱導體。不幸的是,材料的電導性和熱導性往往齊頭并進,因此熱電效率高的材料很難獲得??茖W家通常用ZT值標記熱電效率高的特性,大范圍應用熱電的ZT值最低應達到3。

                  幾年前,由西北大學化學家Kanatzidis領導的團隊發現了碲化鉛(PbTe)的ZT值可達2.2,Kanatzidis和同事很受鼓舞,并開始測試PbTe的化學近親。其中一種就是硒化錫(SnSe)。研究人員用不同方法合成硒化錫樣本。結果顯示,其中的b軸樣本有較好的電導性和較低的熱導率,ZT值達2.6。Kanatzidis稱,超低熱導率的關鍵似乎是錫和硒原子的褶皺排列,這種模式好像可以幫助原子在受到熱振動時發生折曲,從而減弱SnSe的導熱能力。研究結果發表在近日的《自然》雜志上。

                  “我很驚訝。”俄亥俄州立大學物理學家Heremans說,“對于這一領域來說,這是一個奇妙的結果。”Heremans認為,除了標志著向ZT值為3的熱電邁進一大步之外,新材料還為未來研究的方式提供了經驗。研究人員將試圖通過強化微量的“摻雜”原子提高半導體的導電性,同時還保留關鍵的褶皺式原子排列。如果有人能成功生產出高ZT值材料,那么新的、更便宜的混合動力汽車發動機將會產生。在混合動力汽車發動機中,內燃機并不為汽車提供動力,而是產生熱量,然后由熱電將其轉化為電力驅動馬達。

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