美工程師開發出非常高效的熱電材料:ZT高達3.1

據媒體報導,美國西北大學的工程師們已經開發出一種新的熱電材料,這可能是目前為止效率最高的材料。這種全新的、經過改進的提純硒化錫多晶形式具有所有剛好的性質,從而使其成為一種將余熱轉化為電能的實用材料。

美工程師開發出非常高效的熱電材料:ZT高達3.1

熱電系統通過溫度梯度發電。加熱一種特殊材料的一邊可以導致電子開始從較熱的一邊移動到較冷的一邊,在這個過程中產生電流。研究人員們希望這項技術能幫助回收電子產品、發電廠、發動機甚至炊具中以熱能形式浪費掉的能源。

為了充分利用這項技術,熱電材料需要一些特性。它們需要有高電導率和低熱導率,這樣當熱量停留在一邊時電子可以很容易通過。它們需要能有效地利用溫度梯度(稱為塞貝克係數)發電,理想情況下,它們應該能承受高溫。

所有這些屬性都被權衡並以「價值數字」或ZT來表示。這個數字從十年前的不足1上升到2012年的2.2,最近則達到了2.7。現在,西北大學的研究聲稱ZT達到了3.1。

關鍵是一種被稱為硒化錫的材料,該團隊之前曾將其單晶形式的ZT推至2.6。然而這種材料太脆弱、不適合大規模生產,所以研究人員開始將其製成多晶形式,這種形式不僅更堅固還更容易根據需要切割和塑形。

遺憾的是,當他們開始用這種形式進行實驗時,他們發現這種材料有很高的導熱性,這就降低了熱電效應。仔細觀察發現,罪魁禍首是表面形成的一層薄薄的氧化錫。當他們提純原始材料並去除形成的層時,他們成功地將多晶硒化錫的ZT提高到了3.1。

該團隊希望這一突破能帶來更好的熱電發電機。

這項研究的論文通訊作者Mercouri Kanatzidis表示:「這為用多晶硒化錫顆粒製造新設備及其應用探索打開了大門。這些設備還沒有像太陽能電池那樣流行起來,要製造出好的設備還要面臨著重大挑戰。我們正專注於開發一種低成本、高性能的材料以推動熱電設備得到更廣泛的應用。」

來源:cnBeta