一種鐵化合物具有低溫高熱電效應

2020-11-25 環球網

科技日報東京9月12日電 （記者陳超）日本科學家日前發現一種低溫熱電材料，該材料能在低溫條件下顯示出比鉍系熱電材料高出100倍以上的熱電效應。實驗表明，這種鐵化合物的結晶尺寸越大，實際電熱效應就越大。

熱電轉換材料能夠使電能與熱能直接轉換，可用於廢熱發電以及不使用氟利昂的冷凍裝置。熱電轉換材料中以鉍化合物較為常見，而超導材料等運行所需的極低溫熱電轉換原器件尚未實際應用，需要設計出新的低溫熱電材料。

為解決這一問題，東京大學、名古屋大學和大阪大學的科研人員進行了聯合研究。他們發現了一種以鐵為主要成分的化合物「FeSb2」，其在零下260攝氏度的低溫環境下顯示出比鉍系熱電材料高100倍以上的熱電效應，這使得它成為備受期待的低溫電熱材料，有望為設計低溫環境下熱電轉換原器件提供新思路。

但是，科研人員對FeSb2為何展示出巨大的熱電效應並不了解，因此無法設計出更高熱電性能的元件。為此，他們合成了超高純度的FeSb2單結晶，並使用5種不同尺寸單晶體進行了電阻率、塞貝克係數和熱導率測定。結果發現，結晶尺寸增大，熱導率和塞貝克係數也隨之增大，在最大結晶尺寸情況下實現了高熱導率。通過迴旋共振試驗，他們發現電子有效質量比自由電子的質量高出5倍。最後證實觀察到的FeSb2巨大塞貝克係數和輸出因子，是由在晶界散射的平均自由行程較長的聲子與有效質量大的電子相互作用造成的。

相關論文發表在近日出版的《自然·通訊》雜誌上。

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