低成本与高性能的新型热电材料，如何将热能和电能相互转换？

文｜陈根

热电材料是一种很有发展前途的功能材料，其能将热能和电能相互转换。随着环境污染的日益增加，物理学的快速进展、能源短缺问题的紧迫，开发一类能够自身供能且无需看管的能源系统十分重要，而热电发电对这些需求尤其合适。

热电材料具有工作无噪音、无排弃物的优点，和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长，能够实现精确控温，响应速度快，还可为超导材料的使用提供低温环境。

如果将热电材料技术应用于大规模电厂发电或广泛的制冷器，可能我们的生活环境会大为改观。因此，世界各国在推进热电转换技术应用的同时，也在不断进行着新型高性能热电材料的研究和探索。

近日，美国西北大学（Northwestern University）研究人员开发出一种新型热电材料，这可能是目前为止效率最高、可用于设备开发的实用热电材料。

这种全新的、经过改进成多晶形式的纯化硒化锡，在将热能转化为电能方面优于单晶形式。研究人员在识别并消除了早期研究中降低性能的氧化问题后，实现了其高转化率。

热电材料的属性与最终的转化效率相关，并反映在它的“品质因数”上，这个数字称为ZT。数字越高，意味着转化率越高。早先发现单晶硒化锡的ZT在913开尔文时约为2．2至2．6。在这项新研究中，研究人员发现多晶形式的纯化硒化锡在783开尔文下的ZT约为3．1。

此外，热电材料需要一些特性，比如高电导率和低热导率，这样当热量停留在一边时，电子可以顺利通过。它们还需要能够有效地利用温度梯度发电，理想情况下，能够承受高温。因此，研究人员将其制成多晶形式，这种形式不仅更坚固，也更容易根据需要切割和塑形。并且，其热导率也低于单晶，成本也较低。

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提升研究具有很强的现实意义。