美國能源部研發(fā)合金材料[數(shù)字雙鉗相位伏安表]為熱電材料突破轉(zhuǎn)換效率提至25%

發(fā)布時(shí)間： 2011-04-16　　點(diǎn)擊次數(shù)： 2178次

日前，美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室（Ames Laboratory）研發(fā)了一種新的合金材料，該材料實(shí)現(xiàn)了25%的性能改善，是一種把熱能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵材料。這一發(fā)明不僅可以應(yīng)用到普通家用汽車，還可以大規(guī)模的應(yīng)用到車輛上。

艾姆斯實(shí)驗(yàn)室為研發(fā)這一材料，得到了多方的聯(lián)合資助，其中包括美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室、材料科學(xué)與工程部以及國防研究計(jì)劃局。

事實(shí)上，熱電材料是一種有著廣泛應(yīng)用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，進(jìn)行新型熱電材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

所謂熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，1823年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)和1834年發(fā)現(xiàn)的帕爾帖效應(yīng)為熱電能量轉(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學(xué)的進(jìn)展以及日益增加的資源考察與探索活動(dòng)，需要開發(fā)一類能夠自身供能且無需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電對(duì)這些應(yīng)用尤其合適。

然而，自塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后近兩個(gè)世紀(jì)，實(shí)際應(yīng)用受到了限制，原因是低效率。20世紀(jì)50年代，熱電轉(zhuǎn)換被當(dāng)作一個(gè)理想的動(dòng)力源，用于太空探測，并已成功應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)旅行者號(hào)、先鋒號(hào)等太空探測器。盡管被美國航天局使用，低效率的熱電轉(zhuǎn)換仍然使它不能得到更實(shí)際的應(yīng)用，各國都在積極進(jìn)行研究。

時(shí)至今日，提率的材料終于被研發(fā)出來。艾姆斯實(shí)驗(yàn)室副研究員艾烏杰尼·萊文表示：“這一材料的問世，在熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域可算是一大突破。此前，也偶聞?dòng)袩犭娦蚀蠓黾拥默F(xiàn)象，但都是雷聲大雨點(diǎn)小，但我們的成果是經(jīng)過嚴(yán)密檢驗(yàn)的。”

據(jù)悉，艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的成果被刊登在美國《*功能材料》雜志上，報(bào)告名為《分析鈰鐿摻合碲銻鍺銀85材料提升熱電優(yōu)值》。研究結(jié)果顯示，僅僅是增加1%的稀土元素鈰（cerium）或鐿（ytterbium）到“碲銻鍺銀”材料中，就足以提升性能。

團(tuán)隊(duì)成員施密特·羅爾利用艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)核磁共振光譜儀器來研究這種材料，他能夠確認(rèn)，1%的鐿鈰摻雜可以影響熱電材料的結(jié)構(gòu)。為了理解這些稀土的磁效應(yīng)，團(tuán)隊(duì)成員布德蔻研究了材料的磁性能，并發(fā)現(xiàn)稀土元素改進(jìn)了晶格，即熱電材料的晶體結(jié)構(gòu)。

然而，研究小組尚未準(zhǔn)確理解，為什么這么小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變能夠大幅影響其屬性。他們推論說，摻合碲銻鍺銀材料時(shí)采用兩種稀土元素中的任何一種，都可能影響幾種機(jī)制，提升熱電性能。

盡管還有許多的未知等待解決和發(fā)現(xiàn)，艾姆斯研究小組相信，隨著研究的不斷深入，熱電材料的性能將會(huì)進(jìn)一步提高，必將成為新材料研究領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。

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