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文|陳根 熱電材料是一種很有發(fā)展前途的功能材料，其能將熱能和電能相互轉換。隨著環(huán)境污染的日益增加，物理學的快速進展、能源短缺問題的緊迫，開發(fā)一類能夠自身供能且無需看管的能源系統(tǒng)十分重要，而熱電發(fā)電對這些需求尤其合適。 熱電材料具有工作無噪音、無排棄物的優(yōu)點，和太陽能、風能、水能等二次能源的應用一樣，對環(huán)境沒有污染，并且這種材料性能可靠，使用壽命長，能夠實現(xiàn)精確控溫，響應速度快，還可為超導材料的使用提供低溫環(huán)境。 如果將熱電材料技術應用于大規(guī)模電廠發(fā)電或廣泛的制冷器，可能我們的生活環(huán)境會大為改觀。因此，世界各國在推進熱電轉換技術應用的同時，也在不斷進行著新型高性能熱電材料的研究和探索。 近日，美國西北大學（Northwestern University）研究人員開發(fā)出一種新型熱電材料，這可能是目前為止效率最高、可用于設備開發(fā)的實用熱電材料。 這種全新的、經(jīng)過改進成多晶形式的純化硒化錫，在將熱能轉化為電能方面優(yōu)于單晶形式。研究人員在識別并消除了早期研究中降低性能的氧化問題后，實現(xiàn)了其高轉化率。
熱電材料的屬性與最終的轉化效率相關，并反映在它的“品質因數(shù)”上，這個數(shù)字稱為ZT。數(shù)字越高，意味著轉化率越高。早先發(fā)現(xiàn)單晶硒化錫的ZT在913開爾文時約為2.2至2.6。在這項新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)多晶形式的純化硒化錫在783開爾文下的ZT約為3.1。 此外，熱電材料需要一些特性，比如高電導率和低熱導率，這樣當熱量停留在一邊時，電子可以順利通過。它們還需要能夠有效地利用溫度梯度發(fā)電，理想情況下，能夠承受高溫。因此，研究人員將其制成多晶形式，這種形式不僅更堅固，也更容易根據(jù)需要切割和塑形。并且，其熱導率也低于單晶，成本也較低。 熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的提升研究具有很強的現(xiàn)實意義。  |
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