熱電新材料可防熱量浪費(fèi)

2014-05-06 發(fā)布在行業(yè)動(dòng)態(tài)

??? 化石燃料通過生成熱量造就了現(xiàn)代社會(huì)，但這一過程中的大部分熱量都被浪費(fèi)了。研究人員試圖使用被稱為“熱電”的半導(dǎo)體設(shè)備回收一些熱量，但它們中的大多數(shù)仍舊十分低效且昂貴。
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????現(xiàn)在，美國伊利諾伊州的科學(xué)家報(bào)告稱，他們利用一種廉價(jià)的常見材料創(chuàng)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(jīng)驗(yàn)，最終可以使該材料的效率滿足大范圍應(yīng)用的需求。若能實(shí)現(xiàn)大范圍應(yīng)用，熱電在將來可以為汽車提供動(dòng)力，并清理鍋爐和電廠等釋放出的能量。
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????熱電設(shè)備是半導(dǎo)體厚片，這些半導(dǎo)體有著奇怪卻有用的特性：在其一邊加熱可以產(chǎn)生電壓，用于驅(qū)動(dòng)電流和電力設(shè)備。為了獲得電壓，熱電必須是良好的電導(dǎo)體以及不好的熱導(dǎo)體。不幸的是，材料的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性往往齊頭并進(jìn)，因此熱電效率高的材料很難獲得。科學(xué)家通常用ZT值標(biāo)記熱電效率高的特性，大范圍應(yīng)用熱電的ZT值最低應(yīng)達(dá)到3。
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????幾年前，由西北大學(xué)化學(xué)家Mercouri?Kanatzidis領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了碲化鉛（PbTe）的ZT值可達(dá)2.2，Kanatzidis和同事很受鼓舞，并開始測(cè)試PbTe的化學(xué)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(jié)果顯示，其中的b軸樣本有較好的電導(dǎo)性和較低的熱導(dǎo)率，ZT值達(dá)2.6。Kanatzidis稱，超低熱導(dǎo)率的關(guān)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(dòng)時(shí)發(fā)生折曲，從而減弱SnSe的導(dǎo)熱能力。研究結(jié)果發(fā)表在近日的《自然》雜志上。
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????“我很驚訝?！倍砗ザ碇萘⒋髮W(xué)物理學(xué)家Joseph?Heremans說，“對(duì)于這一領(lǐng)域來說，這是一個(gè)奇妙的結(jié)果?！盚eremans認(rèn)為，除了標(biāo)志著向ZT值為3的熱電邁進(jìn)一大步之外，新材料還為未來研究的方式提供了經(jīng)驗(yàn)。研究人員將試圖通過強(qiáng)化微量的“摻雜”原子提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，同時(shí)還保留關(guān)鍵的褶皺式原子排列。如果有人能成功生產(chǎn)出高ZT值材料，那么新的、更便宜的混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)產(chǎn)生。在混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)并不為汽車提供動(dòng)力，而是產(chǎn)生熱量，然后由熱電將其轉(zhuǎn)化為電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。?