全新热电材料的发现可能在未来提供新的电力形式

2021年04月16日 23:11 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

热电技术可直接将热能转化为电能,并为各种物品提供动力:从美国宇航局目前探索火星的 "毅力号"探测器到可以冰镇饮料的旅行冷却器都有在用。克莱姆森大学的一位物理学家与来自中国和丹麦的合作者联手创造了一种新的、可能改变模式的高性能热电化合物。

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克莱姆森物理学家与来自中国和丹麦的合作者联手研发混合化合物

材料的原子结构,即原子在空间和时间中的排列方式决定了它的特性。通常情况下,固体是晶体或无定形的。在晶体中,原子呈有序和对称的模式,而非晶质材料的原子是随机分布的。克莱姆森大学研究员何健和国际团队创造了一种新的混合化合物,其中晶体和非晶态子板块交织在一起,形成了独一无二的晶-非晶二元结构。

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何健是克莱姆森大学物理与天文学系的副教授

"我们的材料是一种独特的混合原子结构,一半是晶体,一半不是,"理学院物理与天文学系何姓副教授说。"如果你有一个独特或奇特的原子结构,你会期望看到非常不寻常的特性,因为特性会跟随结构。"

备受瞩目的能源研究杂志《Joule》在一篇题为 "由大原子尺寸失配诱导的具有晶态二元性的热电材料 "的论文中发表了他们的研究成果,该论文于今天(2021年4月16日)在5月19日刊前在线发表。

研究人员通过有意混合周期表上同族但原子尺寸不同的元素来创造他们的混合材料。在这里,他们利用硫和碲之间以及铜和银之间的原子尺寸不匹配,创造了一种新的化合物(Cu1-xAgx)2(Te1-ySy),在这种化合物中,晶态和非晶态子板块交织在一起,形成了独一无二的晶态二元性。这种新化合物表现出了优异的热电性能。

虽然这一发现并不直接影响现在的应用,但很可能在未来带来更好的热电材料。

"新材料的性能很好,但比这更重要的是它是如何达到这种性能水平的。"何说。"传统上,热电材料是晶体。我们的材料不是纯晶体,我们表明我们可以用一种新的原子结构的材料达到同样的性能水平。"

他说,他预计新材料将在10到20年内开始影响应用。"它们肯定能做到当前热电材料无法做到的事情,但不是现在。"何说。"不过,这项研究的前景是光明的。"

除了He之外,参与这项研究的还有来自上海交通大学、中国上海陶瓷研究所和SUSTech以及丹麦奥胡斯大学的科学家。

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