美國能源部研發合金材料[數字雙鉗相位伏安表]為熱電材料突破轉換效率提至25%

發布時間： 2011-04-16　　點擊次數： 2166次

日前，美國能源部艾姆斯實驗室（Ames Laboratory）研發了一種新的合金材料，該材料實現了25%的性能改善，是一種把熱能轉換為電能的關鍵材料。這一發明不僅可以應用到普通家用汽車，還可以大規模的應用到車輛上。

艾姆斯實驗室為研發這一材料，得到了多方的聯合資助，其中包括美國能源部基礎能源科學辦公室、材料科學與工程部以及國防研究計劃局。

事實上，熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現實意義。

所謂熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，1823年發現的塞貝克效應和1834年發現的帕爾帖效應為熱電能量轉換器和熱電制冷的應用提供了理論依據。隨著空間探索興趣的增加、醫用物理學的進展以及日益增加的資源考察與探索活動，需要開發一類能夠自身供能且無需照看的電源系統，熱電發電對這些應用尤其合適。

然而，自塞貝克效應和帕爾帖效應發現后近兩個世紀，實際應用受到了限制，原因是低效率。20世紀50年代，熱電轉換被當作一個理想的動力源，用于太空探測，并已成功應用于驅動旅行者號、先鋒號等太空探測器。盡管被美國航天局使用，低效率的熱電轉換仍然使它不能得到更實際的應用，各國都在積極進行研究。

時至今日，提率的材料終于被研發出來。艾姆斯實驗室副研究員艾烏杰尼·萊文表示：“這一材料的問世，在熱電轉換領域可算是一大突破。此前，也偶聞有熱電效率大幅增加的現象，但都是雷聲大雨點小，但我們的成果是經過嚴密檢驗的。”

據悉，艾姆斯實驗室的成果被刊登在美國《*功能材料》雜志上，報告名為《分析鈰鐿摻合碲銻鍺銀85材料提升熱電優值》。研究結果顯示，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。

團隊成員施密特·羅爾利用艾姆斯實驗室的固態核磁共振光譜儀器來研究這種材料，他能夠確認，1%的鐿鈰摻雜可以影響熱電材料的結構。為了理解這些稀土的磁效應，團隊成員布德蔻研究了材料的磁性能，并發現稀土元素改進了晶格，即熱電材料的晶體結構。

然而，研究小組尚未準確理解，為什么這么小的物質結構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采用兩種稀土元素中的任何一種，都可能影響幾種機制，提升熱電性能。

盡管還有許多的未知等待解決和發現，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進一步提高，必將成為新材料研究領域的一個新熱點。

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