一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功改良一種普通半導(dǎo)體材料的熱電性能高達(dá)90%，開(kāi)啟了通向更加清潔、能效更高的汽車(chē)排氣系統(tǒng)、發(fā)電廠和太陽(yáng)能技術(shù)的可能性。

研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了高級(jí)納米技術(shù)來(lái)改進(jìn)P型half-Heusler，一種常規(guī)的大型半導(dǎo)體化合物的相關(guān)熱電表現(xiàn)。

起初，研究者們通過(guò)一個(gè)叫做弧熔化的過(guò)程打造合金錠。然后這些錠由球研磨機(jī)磨成非常精致的納米級(jí)粉末。然后使用一個(gè)叫做熱軋的的高壓冶煉過(guò)程來(lái)將納米級(jí)粉末制成固體形態(tài)。

研究者們實(shí)施了傳輸性能測(cè)量方法和微觀結(jié)構(gòu)研究來(lái)測(cè)定產(chǎn)出材料的傳導(dǎo)能力和結(jié)構(gòu)性能。結(jié)果顯示該材料具有更高的將熱轉(zhuǎn)化成電伏的能力。這是由其熱電優(yōu)值的增加指示的。

之前，half-Heusler記錄在案的熱電優(yōu)值的峰值是700攝氏度下的0.5。該過(guò)程有效的將該材料同等溫度下的優(yōu)值增加到0.8。

研究者們解釋說(shuō)熱電優(yōu)值的改進(jìn)得益于更低的熱傳導(dǎo)率，而這又是由材料中晶粒界限和缺陷的增強(qiáng)聲子散射造成的。

此外，該材料也具有更高的熱電能力，這是由其高Seebeck系數(shù)表征的。

團(tuán)隊(duì)成員，波士頓學(xué)院物理研究員Yan Xiao認(rèn)為，優(yōu)值的戲劇性增加可能成為更清潔的汽車(chē)排期系統(tǒng)、發(fā)電廠和能效更高的太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

而且，據(jù)報(bào)道應(yīng)用在這一過(guò)程的該材料的配置技術(shù)比傳統(tǒng)的技術(shù)節(jié)約時(shí)間和成本。

“這種方法成本更低而且能夠被應(yīng)用于更大規(guī)模的生產(chǎn)?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員之一波士頓學(xué)院物理學(xué)教授Ren Zhifeng指出。

“這代表了存在一種機(jī)會(huì)使用合理的成本來(lái)改善熱電材料的性能?！彼a(bǔ)充說(shuō)。

目前，波士頓學(xué)院和麻省理工學(xué)院的研究者們尋求在熱軋過(guò)程中防止晶粒增長(zhǎng)，這也正是half-Huesler熱傳導(dǎo)率仍然較高的原因。

“當(dāng)晶粒的平均大小達(dá)到100納米以下時(shí)，熱傳導(dǎo)率會(huì)更低，熱電性能會(huì)更好。”Ren先生解釋說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)的成員還來(lái)自麻省理工學(xué)院、克萊姆森大學(xué)和弗吉尼亞大學(xué)。