热电材料新发现不对称热电性能将带来废热发容易

热电材料新发现：不对称热电性能将带来废热发电新进展

作者：University of Houston

热电材料作为一种清洁能源的前景推动了对能够从废热中有效产生大量电力的材料的探索。

研究人员上个星期五在《科学》杂志上发表了一个重要进展，推动了对不对称热电性能的新发现。当带正电荷的材料在带负电荷的形式中效率很高，而带负电荷的材料在带负电荷的形式中效率要低得多，反之亦然。

本文作者、德州超导中心主任、休斯顿大学物理系主任任志峰（音译）博士、安德森教授说，他们已经开发了一个模型来解释这两种类型的配方在性能上之前未解决的差异。然后，他们应用该模型预测有前景的新材料，利用发电厂和其他来源的废热发电。

研究人员已经知道热电效率取决于两种形式的材料的性能，即所谓的“P型”和“N型”，分别携带正电荷和负电荷。但大多数材料要么不存在于两种配方中，要么一种比另一种更有效。

合成新材料的前景

仅仅使用p型或n型化合物就可以制造出有效的热电器件，但是设计一种同时包含这两种类型的器件要容易得多；任博士说，当两种类型都具有相似的性能时，最好的性能就会出现。

在公开信上签名的飞行员 研究人员合成了一种预测材料，一种锆钴铋化合物，并报告了在冷侧，约303开尔文，或约86华氏度，热侧，约983开尔文（1310华氏度）的环境下P型和N型的热电转换效率。

UH的博士后研究员、该报告的第一作者毛军（Jun Mao）表示，他们认为某些材料的不对称性能与两种配方中电荷以不同速率移动的事实有关。“如果P型和N型的正负电荷的电荷运动相似，那么这两种类型的热电性能是相似的，”他说。

知道了这一点，他们就能够利用迁移率来预测先前未经研究的配方的性能。

研究人员写道：“当对一种材料的热电性能进行了实验研究，而对另一种材料的热电性能还没有进行研究时，利用不对称性和加权迁移率之间的确定关系来预测ZT是可能的。”ZT是一个衡量热电材料将热量转化为电能效率的指标。

新模型预测高效材料

UH的博士后研究员、报告的另一位第一作者朱航天（音译）说，下一步是确定如何制定相应类型的材料，一旦发现P型或N型高效材料。

朱说，这可能需要实验来确定最佳的掺杂剂——研究人员通过在化合物中添加少量的额外元素（称为“掺杂”）来改善性能。

这就是对不对称性能的新理解。朱说，通过预测哪种化合物在这两种类型中都有很高的性能，研究人员被鼓励继续寻找最佳的组合，即使早期的研究没有成功。

参与该项目的其他研究人员包括：朱青和刘紫航（音译），他们都是UH的研究员；王玉梅（音译），北京国家凝聚态物理实验室；冯振振（音译），孙继峰（音译），和美国密苏里大学（University of Missouri）的David ngh。