化石燃料通過生成熱量造就了現(xiàn)代社會，但這一過程中的大部分熱量都被浪費了。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。

 

現(xiàn)在，美國伊利諾伊州的科學(xué)家報告稱，他們利用一種廉價的常見材料創(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，最終可以使該材料的效率滿足大范圍應(yīng)用的需求。若能實現(xiàn)大范圍應(yīng)用，熱電在將來可以為汽車提供動力，并清理鍋爐和電廠等釋放出的能量。

 

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，因此熱電效率高的材料很難獲得。科學(xué)家通常用ZT值標記熱電效率高的特性，大范圍應(yīng)用熱電的ZT值最低應(yīng)達到3。

 

幾年前，由西北大學(xué)化學(xué)家Mercouri Kanatzidis領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)現(xiàn)了碲化鉛（PbTe）的ZT值可達2.2，Kanatzidis和同事很受鼓舞，并開始測試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時發(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。

 

“我很驚訝。”俄亥俄州立大學(xué)物理學(xué)家Joseph Heremans說，“對于這一領(lǐng)域來說，這是一個奇妙的結(jié)果。”Heremans認為，除了標志著向ZT值為3的熱電邁進一大步之外，新材料還為未來研究的方式提供了經(jīng)驗。研究人員將試圖通過強化微量的“摻雜”原子提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，同時還保留關(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、更便宜的混合動力汽車發(fā)動機將會產(chǎn)生。在混合動力汽車發(fā)動機中，內(nèi)燃機并不為汽車提供動力，而是產(chǎn)生熱量，然后由熱電將其轉(zhuǎn)化為電力驅(qū)動馬達。