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歷史最高水平！新型熱電材料具有創紀錄的性能！

2019-01-18 15:54:33 作者：本網整理來源：博科園分享至：

利用理論計算來預測新材料性質的進展，發現了一類新的半赫斯勒熱電化合物，其中一種化合物的值達到了歷史最高水平。休斯頓大學德克薩斯超導中心（TcSUH）主任、物理學家任志峰（音譯）說：它在任何溫度下都保持著很高的優點，因此它在未來的應用中可能會很重要，任志峰是該研究的通訊作者，其研究論文發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。熱電材料作為一種潛在的“清潔”能源吸引了越來越多研究團體的興趣。這種能源是將發電廠或其他工業過程產生的余熱轉化為電能而產生。雖然大多數材料無法滿足廣泛商業應用的所有要求，但已經發現了一些有希望的材料。

博科園-科學科普：研究人員表示發現了由鉭、鐵和銻組成的半赫斯勒化合物，其結果“對熱電發電很有希望”。測量了一種化合物的轉換效率為11.4%，這意味著這種材料每吸收100瓦的熱量，就會產生11.4瓦的電能。理論計算表明效率可以達到14%。他指出，許多熱電設備將有實際應用的轉換效率為10%。總的來說，研究人員預測了六種以前沒有報道過的化合物，并成功合成了一種，這種化合物在不使用昂貴元素的情況下具有高性能。6種未被證實的化合物，其中5種具有半赫斯勒晶體結構，在這項研究中發現的化合物之一，p型tafesb基半赫斯勒，表現出非常有前途的熱電性能。

熱力學穩定性計算：V1- v2族（V1 = V, Nb, Ta;VIII = Fe, Ru, Os;和V2 = As, Sb, Bi）的半赫斯勒化合物。a v1 - ii - as, b v1 - ii - sb, c v1 - ii - bi。圖片：Nature Communications （2019）。 DOI: 10.1038/s41467-018-08223-5

這項工作還涉及到休斯敦大學的其他研究人員，密蘇里大學，麻省理工學院，中國科學院北京凝聚態物理國家實驗室，中國重慶西南大學，德國德累斯頓金屬材料研究所，中國電子科技大學和上海大學。依靠理論計算來預測有望具有高熱電性能的化合物，使研究人員得以對最有前途的化合物進行研究。由鉭、鐵和銻組成的材料的創造，被證明是復雜的，部分原因是這些成分具有如此不同物理性質。例如鉭的熔點在3000攝氏度以上，而銻的熔點是630攝氏度。鉭是硬的，銻是相對軟，這使得電弧熔融（一種常見的材料結合方法）更加困難。他們能夠通過球磨和熱壓的結合來制造這種化合物。

研究人員表示，一旦這種化合物形成，它既能提供所需的物理性能，也能提供確保結構完整性的力學性能。所使用的元素都相對容易獲得，而且價格便宜，這使得這種化合物具有成本效益。除了化合物本身的性質，研究結果為進一步依賴計算方法指導實驗工作提供了強有力的支持。需要注意的是，對一種化合物進行仔細的實驗合成和評估是昂貴的，而大多數理論計算，尤其是在高通量模式下應用時，相對來說是便宜的。因此，在進行細致的實驗研究之前，用更復雜的理論研究來預測化合物可能是有益的。