im体育入口:美国能源部研发合金材料 为热电材料突破转换效率提至25%

发表时间:2022-08-17 06:34:38 来源:im体育官网入口 作者:im体育官网下载 浏览次数:7次

  日前,美国能源部艾姆斯实验室(Ames Laboratory)研发了一种新的合金材料,该材料实现了25%的性能改善,是一种把热能转换为电能的关键材料。这一发明不仅可以应用到普通家用汽车,还可以大规模的应用到军用车辆上。

  艾姆斯实验室为研发这一材料,得到了多方的联合资助,其中包括美国能源部基础能源科学办公室、材料科学与工程部以及国防高级研究计划局。

  事实上,热电材料是一种有着广泛应用前景的材料,在环境污染和能源危机日益严重的今天,进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

  所谓热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料,1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及日益增加的资源考察与探索活动,需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统,热电发电对这些应用尤其合适。

  然而,自塞贝克效应和帕尔帖效应发现后近两个世纪,实际应用受到了限制,原因是低效率。20世纪50年代,热电转换被当作一个理想的动力源,用于太空探测,并已成功应用于驱动旅行者号、先锋号等太空探测器。尽管被美国航天局使用,低效率的热电转换仍然使它不能得到更实际的应用,全球各国都在积极进行研究。

  时至今日,提高效率的材料终于被研发出来。艾姆斯实验室副研究员艾乌杰尼·莱文表示:“这一材料的问世,在热电转换领域可算是一大突破。此前,也偶闻有热电效率大幅增加的现象,但都是雷声大雨点小,但我们的成果是经过严密检验的。”

  据悉,艾姆斯实验室的成果被刊登在美国《先进功能材料》杂志上,报告名为《分析铈镱掺合碲锑锗银85材料提升热电优值》。研究结果显示,仅仅是增加1%的稀土元素铈(cerium)或镱(ytterbium)到“碲锑锗银”材料中,就足以提升性能。

  团队成员施密特·罗尔利用艾姆斯实验室的固态核磁共振光谱仪器来研究这种材料,他能够确认,1%的镱铈掺杂可以影响热电材料的结构。为了理解这些稀土的磁效应,团队成员布德蔻研究了材料的磁性能,并发现稀土元素改进了晶格,即热电材料的晶体结构。

  然而,研究小组尚未准确理解,为什么这么小的物质结构改变能够大幅影响其属性。他们推论说,掺合碲锑锗银材料时采用两种稀土元素中的任何一种,都可能影响几种机制,提升热电性能。

  尽管还有许多的未知等待解决和发现,艾姆斯研究小组相信,随着研究的不断深入,热电材料的性能将会进一步提高,必将成为全球新材料研究领域的一个新热点。

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