172两位数的热电优值(第 2/2 页)

    不过这个难度非常大，科学家们在过去的60多年里研究了许多材料，探究它们的热电势规律，还有将热量转化为电能的效率。但到目前为止，大多数材料的能量转化效率都很低，无法实现大范围应用。

    可以这么说，目前的材料热电优值都没有办法突破3这个数值，大部分都在2徘徊。当然，这里指的是常规条件下的情况，在其他条件下，还是有办法的，比如说最近的突破就是在强磁场作用下做到的，其实在两年前就已经有人做到了，现在只不过是在炒冷饭而已。

    2018年麻省理工学院，也就是他母校的物理学家们发现了一种可以显著提高材料热电转化能力的方法，并且在《science advances》杂志上发表了这种理论方法。

    他们用这种方法制作了新的材料，经测试其热电效率是目前最好的热电材料的五倍，并且理论上能够转换两倍的能量，当然，只是理论上。

    麻省理工学院电子研究实验室的布赖恩?斯金纳(brianskinner)博士后表示：“如果这种材料的性能完全符合我们预期，那么现在许多低效率的事情以后做起来就会更有效率。人们可能会在自己的汽车里发现，有一些小的热电回收装置把汽车引擎释放出的余热带走，然后利用这部分能量来给电池充电。这些装置也可以放在发电厂周围，这样以前被核反应堆或燃煤电厂浪费掉的热量就能够被回收到电网中。”

    这是一个非常美好的愿望，也算是给投资人画的大饼，虽然看起来很美好，但是却很难吃到。

    除非是他们能够将转化的条件，变得简单一些。比如说把强磁场的条件降低为一般的，普通设备也能达到的磁场条件，甚至是永磁体就能达到的条件。

    材料的电子在温差条件下的行为决定了材料利用热量产生电能的效率。当热电材料的一侧被加热时，材料内部会激发电子，并且电子会从热边跃出，在冷边积累。这些电子积累可以在材料冷热两边产生一个可测量的电压。

    到目前为止已经被研究过的材料产生的热电能量都很少，部分原因是电子很难被热激发。在大多数材料中，电子存在于特定的能带或能量范围内。每个带之间都有一个间隙，这是一个很小的不能存在电子的能量范围。给电子注入足够的能量来跨越带隙，并使电子在物质上进行物理迁移，是极具挑战性的一项工作。

    斯金纳和梁富决定研究一种称为拓扑半金属的材料的热电势。拓扑半金属与半导体和绝缘体等大多数其他固体材料不同，这类材料的独特之处在于它们具有零带隙。这是一种能使电子在加热时很容易跃迁到更高能带的能量结构。

    科学家们通常认为拓扑半金属是在实验室中合成的一种较新的材料，但是不会产生很大的热电能量。当拓扑半金属材料在一边受热时，电子就会充满能量，并在另一端积聚。但是当这些带负电的电子跳跃到更高的能带时，它们留下了所谓的“空穴”：正电荷的粒子也堆积在材料的冷边，抵消了电子的作用，导致最终产生的能量很少。

    简单来说就是正负相抵消了，这就很尴尬了。