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研究人员报告了对热电材料的新认识

2019-07-19 09:40:51国内科研

热电材料作为清洁能源的前景促使人们寻求能够从废热中有效产生大量电能的材料。

研究人员周五向前迈出了重要一步,在“ 科学进步 ” 杂志上发表了关于不对称热电性能的新解释,这种现象发生在一种带有正电荷的高效材料的形式下效率低得多带负电荷,反之亦然。

任志强,休斯顿大学物理学博士,安德鲁斯大学物理学教授,UH的超导电子中心主任和相应的作者,他们说他们已经开发出一个模型来解释之前两种类型的性能差异。配方。然后,他们应用该模型预测有前景的新材料,利用发电厂和其他来源的余热发电。

研究人员已经知道热电效率取决于两种形式的材料性能,分别称为“p型”和“n型”,用于承载正电荷和负电荷。但是大多数材料要么不存在于两种配方中,要么一种类型比另一种更有效。

有希望的新材料合成

可以仅使用p型或n型化合物来构建有效的热电装置,但是更容易设计包含两种类型的装置; Ren表示,当这两种类型都具有相似的性能时,性能最佳。

研究人员合成了一种预测材料,一种锆 - 钴 - 铋化合物,并报告了在冷侧,约303开尔文或约86华氏度的热量 - 电转换效率为10.6%,并且热对于p型和n型,大约983开尔文(1,310华氏度)。

UH的博士后研究员,该报告的第一作者Jun Mao表示,他们认为某些材料的不对称性能与两种配方中电荷以不同速率运动的事实有关。“如果正电荷,对于p型和负电荷,对于n型电荷运动都是类似的,两种类型的热电性能是相似的,”他说。

知道了,他们能够使用流动比来预测以前未经研究的配方的性能。

“当一种材料的热电性能已经过实验研究,而另一种类型的热电性能尚未进行研究时,可以通过使用已确定的不对称性和加权流动比之间的关系来预测ZT,”研究人员写道。 。ZT或品质因数是用于确定热电材料将热量转换为电能的效率的度量。

新模型预测高效材料

UH的博士后研究员,该报告的另一位第一作者,Hangtian Zhu表示,一旦发现p型或n型高效材料,下一步就是确定如何配制相应类型的材料。

朱说,这可能需要通过实验来确定最佳掺杂剂 - 研究人员通过在化合物中添加少量额外元素来调整性能,称为“兴奋剂” - 以提高性能。

这就是对不对称性能的新理解的所在。朱先生说,通过预测哪种化合物在两种类型中都具有高性能,鼓励研究人员继续寻找最佳组合,即使早期努力没有成功。

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