重大技術突破!新材料熱電效應極高,是之前效率的2倍以上

2020-11-29 騰訊網

趣味探索訊 電是一種自然現象，但在21世紀今天，卻被我們廣泛應用於人類世界，正因為有了它，我們世界才變得多姿多彩，看電視，玩網路遊戲，做飯，洗衣服，照明等。為了得到電，科學家使用了各種各樣方法，傳統的火力發電，核能發電，太陽能發電和地熱能發電等，其工作原理是將熱能轉化為電能，即塞貝克效應。

眾所周知，熱電材料可以將熱量轉化為電能，由所謂的塞貝克效應造成，因兩端溫差會產生電壓。然而熱能在轉化為電能過程中會損耗大量能量，所以在過去幾十年中，科學家一直想研發出一種理想熱電材料，希望能大大提升轉化效率。而最近科學家在這一領域獲得了重大突破，一款新型材料誕生了，大大提高了熱電轉化率。

在塞貝克效應中，衡量熱電轉化效率的數值被稱為ZT值，熱電材料的ZT值越高，其熱電性能就越好。在過去，科學家們研發出最好的熱電材料ZT值最高只有2.8。而今天來自奧地利維也納大學的科學家已經成功地開發出ZT值為6的熱電新材料，讓熱電轉化率得到重大突破。該新型材料是由矽，鐵，釩，鎢和鋁薄層構成嗯。

所以這是一種非常有效率新材料，儘管現在它還沒有得到廣泛應用，但是科學家們已經為它的前途勾勒出了藍圖，它不但可以應用在熱電轉化領域，還可以用來為傳感器甚至是小型計算機處理器提供能量。來自維也納大學研究所的恩斯特·鮑爾教授表示，一種好熱電材料必須滿足兩種難以取捨的要求，一方面要儘可能地導電，而另外一方面要儘可能少傳熱量。

在物理學中，電導率一般和導熱率相輔相成，電導率高的材料自然會導熱率高。而恩斯特·鮑爾卻相信肯定會有更好的熱電材料，只不過我們還沒有發現，為了尋找新一代熱電材料，恩斯特·鮑爾從6年前的2013年就開始研究起各種各樣不同的熱電材料，再經過數千次試驗後，發現按一定比例的矽，鐵，釩，鎢和鋁組合是最佳的熱電材料。

新型熱電材料中的鐵原子以嚴格規則方式排列在所謂的面心立方晶格中，兩個鐵原子之間距離是相同的，不過當它們被塗到矽上時，立刻會發生一些令人驚訝的變化，兩個鐵原子可能彼此相鄰，這改變了電子結構，意味著電子能在材料中自由移動，獲得非常低的電阻，然後導熱率卻不變。恩斯特·鮑爾表示，這款新型材料的未來應用會很廣泛。新研究已發表在《自然》雜誌上。有趣的科學探索內容請關注唯一微信公眾號：有趣探索

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