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據(jù)報道，美國西北大學（Northwestern University）的工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種新的熱電材料，這可能是目前為止效率最高、可用于設(shè)備開發(fā)的實用熱電材料。這項研究成果已發(fā)表在《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

據(jù)了解，這種全新的、經(jīng)過改進成多晶形式的純化硒化錫，在將熱轉(zhuǎn)化為電能方面優(yōu)于單晶形式，使其成為有記錄以來最高效的熱電材料。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，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)化率。

熱電系統(tǒng)通過溫度梯度發(fā)電。加熱一種特殊材料的一側(cè)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(chǎn)生電流。人們希望這項技術(shù)能夠幫助回收電子產(chǎn)品、發(fā)電廠、發(fā)動機甚至炊具中以熱能形式被浪費掉的能源。

為了充分利用這項技術(shù)，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，電子可以很容易地通過。此外，它們還需要能夠有效地利用溫度梯度發(fā)電，理想情況下，它們應該能夠承受高溫。

所有這些屬性都與最終的轉(zhuǎn)化效率相關(guān)，并反映在它的“品質(zhì)因數(shù)”上，這個數(shù)字稱為ZT。數(shù)字越高，轉(zhuǎn)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。然而，這種材料太脆弱，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

所以，研究人員開始將其制成多晶形式，這種形式更堅固，更容易根據(jù)需要切割和塑形。而且在這項新研究中，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。其熱導率極低，低于單晶。

研究人員表示，多晶硒化錫可以開發(fā)用于各種行業(yè)的固態(tài)熱電設(shè)備，具有巨大的節(jié)能潛力。一個關(guān)鍵的應用目標是收集工業(yè)廢熱，例如來自發(fā)電廠、汽車工業(yè)以及玻璃和制磚廠的廢熱，并將其轉(zhuǎn)化為電能。全球超過65%的化石燃料能源以廢熱形式流失。

該研究的通訊作者Mercouri Kanatzidis說：“這為用多晶硒化錫顆粒制造新設(shè)備及其應用探索打開了大門。這些設(shè)備還沒有像太陽能電池那樣流行起來，要制造出好的設(shè)備還面臨著重大挑戰(zhàn)。我們正專注于開發(fā)一種低成本、高性能的材料，推動熱電設(shè)備得到更廣泛的應用。”

西北大學擁有硒化錫材料的知識產(chǎn)權(quán)。熱電材料的潛在應用領(lǐng)域還包括汽車工業(yè)（大量汽油的勢能從汽車排氣管中流出）、重工業(yè)（如玻璃和制磚、煉油廠、燃煤和燃氣發(fā)電廠）以及大型內(nèi)燃機連續(xù)運行的地方（如大型船舶和油輪）。