工程师们一直梦想着能充分利用余热,这些余热来自微芯片或汽车发动机,他们想把这些余热变成可用的电力。但是,热电材料虽可把热转换成电,但一直没有足够的效率,因而未能超越小范围的应用。
加州理工学院研究人员展示的新材料可以提高热电装置的效率。他们展示的设计采用了硅,但是,他们说,也可提高其他热电材料的性能。
一种好的热电材料导电性能很好,但导热性低。但是,大多数天然材料,导电很好就导热也很好。因此,研究人员们在加州理工学院团体中,在化学教授詹姆斯·希斯(James Heath)的领导下,已经尝试制作纳米尺寸的设计,切断导电率和导热率之间的关系,这可适用于丰富多样的材料,比如硅。
2008年,希思小组显示,硅纳米线阵列可有效地把热转化为电,就像更多的特异材料一样,这些材料用于商业化热电装置。这些纳米线具有高导电性,但是它们转移热,引起称为声子的热能包反弹。但是效率的提高不足以使这些材料广泛应用。
现在,加州理工学院的研究人员已经想出了一种新的纳米设计,可用于热电材料。他们相信,他们的设计起作用是依靠一种不同的机制,不是转移声子,而是使声子显著地慢下来。研究人员展示了纳米筛设计,一种硅薄膜,布满了整齐的纳米线阵列。与未成形的硅薄膜相比,纳米筛导热低10倍。这些研究结果刊登在《自然纳米技术》杂志上。
需要进一步的实验来验证了纳米筛的总热电效率,并说明为什么它会是如此好的隔热材料。研究人员称,成形的硅是一种超材料,也就是说,它所显示的性能不会出现在天然材料中。“我们已经设法研究声子的波动性质,以减慢它们的速度,”加州理工学院的研究者斯洛博丹·米特洛维克(Slobodan Mitrovic)说。
研究人员需要做更多的实验,以证明这种材料的确可使声子减速,或说明它如何起作用。此外,该小组正在开发化学蚀刻技术,来制造硅纳米筛,以用于其他热电材料,这些材料更有效率。
利用芯片或发动机余热发电
评论
11 views