據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月19日?qǐng)?bào)道，美國(guó)西北大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的機(jī)械工程師合作開發(fā)出一種穩(wěn)定的環(huán)保型熱電材料，熱電品質(zhì)因數(shù)（ZT）創(chuàng)下世界紀(jì)錄，達(dá)到2.2，可將15%至20%的廢（余）熱轉(zhuǎn)換成電力，成為目前最有效的熱電材料。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在9月20日的《自然》雜志上。
　　熱電材料有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用，包括汽車產(chǎn)業(yè)，可發(fā)揮從車輛排氣管排出汽油的更多潛在能量（寶馬正在通過從汽車排氣系統(tǒng)捕獲熱量測(cè)試熱電材料）；玻璃、制磚、煉油廠、煤炭和燃?xì)怆姀S等重工業(yè)領(lǐng)域，以及大型船舶和油輪里持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的大內(nèi)燃機(jī)等。這些領(lǐng)域的廢熱溫度高達(dá)400攝氏度到600攝氏度，這個(gè)溫度范圍對(duì)于使用熱電材料正是最有效點(diǎn)。過去的熱電材料把熱能轉(zhuǎn)換為電能的效率都不高，大多只有5%到7%左右，這限制了熱電材料的應(yīng)用。
　　新材料基于常用的半導(dǎo)體碲化鉛，表現(xiàn)出的熱電品質(zhì)因數(shù)為2.2，熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%至20%，這是迄今報(bào)告的最高效率。“好奇”號(hào)火星探測(cè)器采用的碲化鉛熱電材料的熱電品質(zhì)因數(shù)為1，效率只有這種新材料的一半。
　　研究人員對(duì)碲化鉛進(jìn)行了一系列改造，先在其中加入鈉原子，提高其導(dǎo)電性；然后在材料中引入納米結(jié)構(gòu)，即碲化鍶納米晶體，以減少電子散射，增加材料的能量轉(zhuǎn)換效率。他們還通過更廣泛的聲子頻譜散射穿過所有的波長(zhǎng)，減少了散熱，使熱電轉(zhuǎn)換效率提高了近30%。聲子是一種振動(dòng)能量的量子，每一個(gè)具有不同的波長(zhǎng)。當(dāng)熱流經(jīng)材料時(shí)，聲子的頻譜會(huì)被分散在不同的波長(zhǎng)（短期、中期和長(zhǎng)期）。
　　研究人員說：“每次聲子散射的熱導(dǎo)率降低，就意味著轉(zhuǎn)換效率的提高。”他們將分散短期、中期和長(zhǎng)期波長(zhǎng)的三種技術(shù)結(jié)合于一種材料里同時(shí)工作，這是第一次同時(shí)在頻譜范圍內(nèi)分散所有的三種光。這種成功地集成全尺度的聲子散射方法超越了納米結(jié)構(gòu)，是一種非常創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，適用于所有的熱電材料。