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Nature子刊：研究人員將熱電材料的轉化效率提高了一倍多

文章來源：未知更新時間：2018-06-25 09:12:56

研究人員將一種材料的熱量轉化為電能的能力提高了一倍，這有助于減少日常活動和工業(yè)應用中的熱量浪費，從而能夠減少化石燃料的浪費。

電子運動被限制在狹窄空間以提高熱電轉換的超晶格的概念圖
圖片來自：海道大學

根據(jù)發(fā)表在《Nature Communications》雜志上的一項新研究，北海道大學的研究人員以及他們在日本和臺灣的同事們一起通過顯著縮小傳播電子移動的空間，從而提高了材料將廢熱轉化為可用電能的能力。

化石燃料產(chǎn)生的能源以超過60％作為廢熱而損失掉，解決這個問題的一種方法是將浪費的熱量轉換成電能，稱為熱電能量轉換。但是，由于材料內各種特性之間的平衡關系，所以提高轉換率一直很困難。

當溫差發(fā)生時，熱電材料將熱量轉化為電能，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應（又稱作第一熱電效應，是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現(xiàn)象。一般規(guī)定熱電勢方向為：在熱端電流由負流向正。）。科學家一直在研究如何將電子限制在狹窄的空間內，以此來提高轉換率。2007年，研究人員構建了一個由超薄絕緣層夾著的超薄層組成的人造超晶格。該方法產(chǎn)生較高的電壓，但沒有提高轉換率。研究人員已經(jīng)預測，如果德布羅意波長（又稱物質波，即函數(shù)為概率波，它指空間中某點某時刻可能出現(xiàn)的幾率，其中概率的大小受波動規(guī)律的支配。）較長的電子（這意味著它們更加分散）被限制在一個狹窄的導電層中，那么性能可以得到顯著改善（但其尚未經(jīng)過實驗驗證）。

由北海道大學的Hiromichi Ohta領導的研究小組設計了一個超晶格，其中電子比先前的實驗分散了30％。該實驗的結果導致更高的電壓，與使用以前方法記錄的實驗結果相比，其熱電轉換率增加一倍。

北海道大學的Hiromichi Ohta說：“這是減少發(fā)電廠、工廠、汽車和電腦甚至人體浪費熱量的重要一步。”

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