破记录高效热电转换材料诞生

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  热电材料通过材料热端和冷端的温差发电,现有材料其转换性能的指标——热电优值(ZT)一般在2.5~2.8左右。维也纳科技大学发明的一种新材料,热电优值可达5~6。

  由于热电材料的发电原理,要求这样的材料一方面具有很好的导电性,另一方面传热性能要尽可能差。维也纳科技大学的鲍尔说:“这是个挑战,因为导电性和导热性是紧密相关的。”

  他们在硅芯片材料上加上由铁、钒、钨和铝构成的薄层,实现了热电材料性能的突破。这份研究近期登上了《自然》杂志。鲍尔介绍说,这种材料内部每种类型的原子,彼此间距离都是一样的,以立方体点阵式结构排列,形成一种相当规则的结构。然而将这种材料的薄层附加到硅芯片材料上后,发生了奇妙的效果。

  尽管每种原子的结构仍是立方体排列,但是不同类型原子的分布呈随机的不规则形态。这种规则和不规则的混合,使得材料的电阻很小,也就是导电性能很好;然而其不规则的晶格结构,阻碍了热力的传播。

  鲍尔说,这样的薄层的发电材料很节省空间,也很灵活,很适合作为感应器、小型电子设备的电源,将在“物联网”技术中有很大用处。“如果一个工厂需要大量感应器连接在一起(物联网的简单例子),将它们全部用电线连起来统一供电不现实。最好是这些感应器都自带小巧的热电发电设备。”

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