熱電材料有望成為一種清潔能源，這推動了對能有效利用余熱產(chǎn)生大量電能材料的研究。這項重大進展發(fā)表在《科學(xué)》上，為不對稱熱電性能找到了新的解釋。

不對稱熱電性能是指一種帶正電荷的高效材料，其帶負(fù)電荷的效率要低得多，反之亦然。休斯頓大學(xué)物理學(xué)m.d.安德森(m.d. Anderson)講座教授、德克薩斯超導(dǎo)中心(Texas Center for超導(dǎo))主任、該論文的通訊作者馮仁(feng Ren)說：

已經(jīng)開發(fā)了一個模型，用來解釋這兩種配方在性能上之前未解決的差異。然后，將該模型應(yīng)用于預(yù)測有希望利用發(fā)電廠和其他來源的余熱發(fā)電的新材料。研究人員已經(jīng)知道熱電效率取決于兩種形式材料的性能，即分別攜帶正電荷的“p型”和負(fù)電荷的“n型”。但大多數(shù)材料要么在兩種配方中都不存在，要么一種比另一種更有效。

有望合成新材料

只使用p型或n型化合物就可以構(gòu)建有效的熱電設(shè)備，但設(shè)計同時包含這兩種類型的設(shè)備要容易得多，當(dāng)兩種類型都表現(xiàn)出相似的性能時，性能最好。研究人員合成了一種預(yù)測的材料，鋯鈷鉍化合物，并報告了在冷側(cè)(約303開爾文，約86華氏度)和熱側(cè)(約983開爾文，約1310華氏度)下，p型和n型的熱電轉(zhuǎn)換效率分別為10.6%。該研究報告的第一作者、密歇根大學(xué)博士后毛軍(Jun Mao)表示：某些材料的不對稱性能與電荷在兩種配方中的移動速度不同有關(guān)。

如果p型電池正電荷和n型電池負(fù)電荷的移動情況相似，那么這兩種電池的熱電性能也相似。知道了這一點，就能夠利用遷移率來預(yù)測以前未研究過的配方性能。當(dāng)一種材料的熱電性能已經(jīng)被實驗研究過，而另一種材料還沒有被研究過，就有可能通過確定不對稱性和加權(quán)遷移率之間的關(guān)系來預(yù)測ZT。ZT，或價值指數(shù)，是用來確定熱電材料將熱轉(zhuǎn)化為電的效率的一個度量標(biāo)準(zhǔn)。

新模型預(yù)測出高效材料

哈佛大學(xué)博士后研究員、該報告的另一位第一作者朱航天表示，下一步是確定一旦找到一種高效的p型或n型材料，如何形成相應(yīng)的材料類型。這可能需要實驗來確定最佳摻雜劑（研究人員通過在化合物中添加少量額外的元素來調(diào)整性能，即所謂的“摻雜”）來提高性能。這就是對非對稱性能的新理解，通過預(yù)測哪些化合物在這兩種類型中都具有較高性能，鼓勵研究人員繼續(xù)尋找最佳組合，即使早期的努力沒有成功。

博科園｜研究/來自：休斯頓大學(xué)

參考期刊《科學(xué)進展》

DOI: 10.1126/sciadv.aAV5813

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