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據報道，美國西北大學（Northwestern University）的工程師們已經開發出一種新的熱電材料，這可能是目前為止效率最高、可用于設備開發的實用熱電材料。這項研究成果已發表在《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

據了解，這種全(quan)新的(de)、經過改進成(cheng)多晶形式(shi)的(de)純化(hua)硒化(hua)錫，在將熱(re)轉化(hua)為電能方面優(you)于單晶形式(shi)，使其成(cheng)為有記錄以(yi)來最高(gao)(gao)效的(de)熱(re)電材料。研(yan)究人員在識別并(bing)消除(chu)了早期研(yan)究中(zhong)降低性能的(de)氧化(hua)問題后，能夠實(shi)現(xian)高(gao)(gao)轉化(hua)率。

熱電(dian)系統通過溫度(du)梯度(du)發(fa)電(dian)。加(jia)熱一種(zhong)特(te)殊材(cai)料的(de)一側可以導致電(dian)子(zi)開始從(cong)較熱的(de)一邊(bian)移(yi)動到較冷的(de)一邊(bian)，在這(zhe)個過程中(zhong)產生電(dian)流。人們(men)希望這(zhe)項技術能(neng)夠幫助回收電(dian)子(zi)產品(pin)、發(fa)電(dian)廠、發(fa)動機(ji)甚至炊具中(zhong)以熱能(neng)形(xing)式被浪費掉的(de)能(neng)源。

為(wei)了充分利用(yong)這(zhe)項(xiang)技術，熱電(dian)(dian)材料需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)特(te)性。它們需(xu)要(yao)有(you)高(gao)電(dian)(dian)導率(lv)和(he)低熱導率(lv)，這(zhe)樣當熱量停留(liu)在一(yi)邊時，電(dian)(dian)子(zi)可以(yi)很容易地通過。此外，它們還需(xu)要(yao)能夠(gou)有(you)效(xiao)地利用(yong)溫度梯(ti)度發電(dian)(dian)，理(li)想情況下，它們應該能夠(gou)承受高(gao)溫。

所(suo)有這些屬性都與(yu)最終的(de)轉(zhuan)化效率相關，并(bing)反映在(zai)它(ta)的(de)“品質因(yin)數(shu)”上，這個數(shu)字(zi)稱為ZT。數(shu)字(zi)越高(gao)，轉(zhuan)化率越高(gao)。早(zao)先發現(xian)單晶硒化錫的(de)ZT在(zai)913開爾(er)文時(shi)約為2.2至2.6。然而(er)，這種材料太脆弱，不(bu)適合(he)大規(gui)模生產。

所以(yi)，研(yan)究人員開始將其制(zhi)成多晶(jing)形(xing)(xing)(xing)式，這種形(xing)(xing)(xing)式更堅固(gu)，更容易根據需要(yao)切(qie)割和塑(su)形(xing)(xing)(xing)。而且(qie)在這項新(xin)研(yan)究中，研(yan)究人員發現多晶(jing)形(xing)(xing)(xing)式的(de)純化(hua)硒(xi)化(hua)錫在783開爾文下的(de)ZT約為3.1。其熱導率極低，低于(yu)單(dan)晶(jing)。

研究人(ren)員表示，多晶硒化錫(xi)可以(yi)開(kai)發用于各(ge)種行(xing)業(ye)的固態熱(re)電設備，具有(you)巨大(da)的節能潛力。一個關鍵的應用目標是收集工業(ye)廢(fei)熱(re)，例如來自發電廠、汽車工業(ye)以(yi)及玻(bo)璃和制磚廠的廢(fei)熱(re)，并(bing)將其轉化為電能。全(quan)球超過65%的化石燃料能源以(yi)廢(fei)熱(re)形式流失。

該研究的(de)(de)通訊作者Mercouri Kanatzidis說：“這為用多(duo)晶硒化(hua)錫(xi)顆粒制(zhi)造新設(she)備(bei)(bei)及其應用探索打開了大門。這些設(she)備(bei)(bei)還(huan)沒有像太(tai)陽能電(dian)池那(nei)樣流行起來，要制(zhi)造出好的(de)(de)設(she)備(bei)(bei)還(huan)面臨著重大挑戰。我們正(zheng)專注于(yu)開發一種(zhong)低(di)成本、高性能的(de)(de)材料(liao)，推(tui)動熱電(dian)設(she)備(bei)(bei)得到更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)(de)應用。”

西北大學擁(yong)有硒(xi)化錫(xi)材(cai)料的(de)(de)知識產(chan)權。熱電材(cai)料的(de)(de)潛在(zai)應用領域還包括汽(qi)車工(gong)業(ye)（大量汽(qi)油的(de)(de)勢能從汽(qi)車排氣(qi)管中流出）、重工(gong)業(ye)（如(ru)玻璃(li)和制磚、煉油廠、燃(ran)煤和燃(ran)氣(qi)發電廠）以(yi)及大型內(nei)燃(ran)機連續(xu)運行的(de)(de)地方（如(ru)大型船舶和油輪）。