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,。

 

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。

 

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,。

 

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。

 

“我很驚訝,?！倍砗ザ碇萘⒋髮W(xué)物理學(xué)家Joseph Heremans說，“對于這一領(lǐng)域來說,，這是一個(gè)奇妙的結(jié)果,。”Heremans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)。