美国发现硫化锡热电材料效率高的原因 将汽车排气管热量转为电能

据外媒报道，美国杜克大学的材料科学家发现了一种原子机制，使某些热电材料在高温相变附近变得极其高效。这类信息有助于填补此类材料计算机建模中的关键知识空白，有可能使研究人员发现依赖于将热量转化为电力的更新更好的技术。

图片来源：杜克大学当电子从材料的热端转移到冷端时，将热量转化为电能。由于两端需要温差，研究人员试图使用这种材料将汽车排气管中的热量转化为电能，或回收发电厂中损失的热能。在过去的几年里，一种名为硒化锡及其姊妹化合物硫化锡的新兴材料创造了热电材料效率的新纪录。硫化物基材料的热电性能不是很好，但由于其更便宜和更环保的财产，研究人员正在进一步优化它们。尽管科学家们知道这两种化合物都是极好的热电材料，但他们不知道确切的原因。因此，杜克大学机械工程与材料科学系副教授Olivier Delaire和两名研究生进行了这项新研究，试图填补这一知识空白。对于任何良好的热电材料来说，低导热率都是必要的性能。因为材料的两端必须有温差才能发电，所以防止热扩散的热电材料可以表现得更好。为了观察硫化锡的原子振动，研究人员将材料样本带到橡树岭国家实验室的高通量同位素反应堆。通过将中子从硫化锡原子反弹回来，并检测中子在哪里停止反弹，研究人员可以确定原子的位置，并确定它们如何在晶格中集体振动。在低温下，硫化锡是一种层状材料。由锡和硫化物组成的扭曲网格堆叠在一起，形成类似手风琴的波浪。在接近热电发电机运行温度的980华氏度的高温下，这个扭曲的电网开始崩溃。双层材料不再扭曲，而是更加对称。热量将通过材料中原子的振动传播。因此，当硫化锡中的原子振动变得不那么强烈时，振动将不会快速传递，振动时间也不会很长，这可以防止热量在内部传播，并使热电材料能够更有效地发挥作用。

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