德州大學(xué)超導(dǎo)中心主任任志峰(右)和博士后研究員毛軍表示，一種新型熱電制冷材料生產(chǎn)成本低廉，在室溫下工作效率高。

今年夏天你的方向盤是不是太熱了，碰都碰不到?發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志上的一種新型熱電材料可能會提供幫助。

由于缺乏在室溫下既便宜又高效的材料，可以直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能用于冷卻和加熱的熱電設(shè)備的廣泛采用受到了部分阻礙。

現(xiàn)在，休斯頓大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員報(bào)告說，他們發(fā)現(xiàn)了一種新材料，這種材料在室溫下工作效率很高，而且?guī)缀醪恍枰嘿F的碲，而碲是目前最先進(jìn)材料的主要成分。

在線發(fā)表的一篇論文中描述的工作,由科學(xué)周四,7月18日,有可能申請保持電子設(shè)備,車輛和其他組件過熱,說鋒任,通訊作者的工作和德州超導(dǎo)中心主任,他也是安德森的物理學(xué)教授。

“我們已經(jīng)生產(chǎn)了一種新的材料，它很便宜，但性能幾乎和傳統(tǒng)的、更昂貴的材料一樣好，”任說。研究人員說，未來的工作可能會縮小他們的新材料和傳統(tǒng)材料之間的細(xì)微性能差距，這是一種鉍碲合金。

熱電材料的工作原理是利用熱流從一個較熱的區(qū)域流向一個較冷的區(qū)域，熱電制冷模塊根據(jù)Peltier效應(yīng)工作，Peltier效應(yīng)描述了兩個電接點(diǎn)之間的熱量傳遞。

熱電材料還可用于將發(fā)電廠、汽車排氣管和其他來源的余熱轉(zhuǎn)化為電能，據(jù)報(bào)道，有許多新材料用于這種應(yīng)用，這種應(yīng)用要求材料在更高的溫度下工作。

熱電制冷模塊面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈儽仨氃谳^低的溫度下工作，而熱電性能指標(biāo)(ZT)較低，因?yàn)樗蕾囉跍囟?。質(zhì)量分?jǐn)?shù)是用來衡量熱電材料工作效率的一個指標(biāo)。

盡管面臨挑戰(zhàn)，熱電制冷模塊至少目前還具有更大的商業(yè)潛力，部分原因是它們可以在較低的溫度下長時間運(yùn)行;熱電聯(lián)產(chǎn)由于其運(yùn)行的高溫(包括氧化和熱不穩(wěn)定性)而變得復(fù)雜。

熱電制冷市場正在增長。研究人員寫道:“2018年全球熱電模塊市場價值約6億美元，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到約17億美元?！?/span>

數(shù)十年來，鉍碲合金一直被認(rèn)為是性能最佳的熱冷卻材料，但研究人員表示，碲的高成本限制了其廣泛應(yīng)用。該論文第一作者、密歇根大學(xué)博士后研究員毛軍(Jun Mao)表示，最近成本有所下降，但仍在每公斤50美元左右。相比之下，新材料的主要成分鎂的價格約為每公斤6美元。

除了任和毛，這篇論文的其他作者還包括朱航天、劉子航和蓋塔爾?阿米拉?加馬吉，他們都來自哈佛大學(xué)物理系和清華大學(xué)，以及麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系丁志偉和陳剛。

他們報(bào)告說，這種新材料由鎂和鉍組成，以帶負(fù)電荷的n型形式產(chǎn)生，幾乎和傳統(tǒng)的鉍碲材料一樣有效。他們說，再加上較低的成本，應(yīng)該會擴(kuò)大熱電模塊用于冷卻的使用。

為了用這種新材料制造熱電模塊，研究人員將其與傳統(tǒng)鉍碲合金的p型正電荷載流子相結(jié)合。毛說，這使得他們只能使用目前大多數(shù)模塊的一半碲。

他說，因?yàn)椴牧铣杀炯s占該設(shè)備成本的三分之一，所以節(jié)省下來的成本加在一起就足夠了。

研究人員報(bào)告說，這種新材料比大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)材料更能成功地保持電接觸。