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中國科技網訊 據(jù)物理學家組織網9月19日報道，美國西北大學和密歇根州立大學的機械工程師合作開發(fā)出一種穩(wěn)定的環(huán)保型熱電材料，熱電品質因數(shù)（ZT）創(chuàng)下世界紀錄，達到2.2，可將15%至20%的廢（余）熱轉換成電力，成為目前最有效的熱電材料。這項研究結果發(fā)表在9月20日的《自然》雜志上。

    熱電材料有著廣泛的工業(yè)應用，包括汽車產業(yè)，可發(fā)揮從車輛排氣管排出汽油的更多潛在能量（寶馬正在通過從汽車排氣系統(tǒng)捕獲熱量測試熱電材料）；玻璃、制磚、煉油廠、煤炭和燃氣電廠等重工業(yè)領域，以及大型船舶和油輪里持續(xù)運轉的大內燃機等。這些領域的廢熱溫度高達400攝氏度到600攝氏度，這個溫度范圍對于使用熱電材料正是最有效點。過去的熱電材料把熱能轉換為電能的效率都不高，大多只有5%到7%左右，這限制了熱電材料的應用。

    新材料基于常用的半導體碲化鉛，表現(xiàn)出的熱電品質因數(shù)為2.2，熱電轉換效率達到15%至20%，這是迄今報告的最高效率。“好奇”號火星探測器采用的碲化鉛熱電材料的熱電品質因數(shù)為1，效率只有這種新材料的一半。

    研究人員對碲化鉛進行了一系列改造，先在其中加入鈉原子，提高其導電性；然后在材料中引入納米結構，即碲化鍶納米晶體，以減少電子散射，增加材料的能量轉換效率。他們還通過更廣泛的聲子頻譜散射穿過所有的波長，減少了散熱，使熱電轉換效率提高了近30%。聲子是一種振動能量的量子，每一個具有不同的波長。當熱流經材料時，聲子的頻譜會被分散在不同的波長（短期、中期和長期）。

    研究人員說：“每次聲子散射的熱導率降低，就意味著轉換效率的提高。”他們將分散短期、中期和長期波長的三種技術結合于一種材料里同時工作，這是第一次同時在頻譜范圍內分散所有的三種光。這種成功地集成全尺度的聲子散射方法超越了納米結構，是一種非常創(chuàng)新的設計，適用于所有的熱電材料。（記者 華凌）