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歷史最高水平！新型熱電材料具有創(chuàng)紀(jì)錄的性能！

2019-01-18 15:54:33 作者：本網(wǎng)整理來源：博科園分享至：

利用理論計(jì)算來預(yù)測新材料性質(zhì)的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一類新的半赫斯勒熱電化合物，其中一種化合物的值達(dá)到了歷史最高水平。休斯頓大學(xué)德克薩斯超導(dǎo)中心（TcSUH）主任、物理學(xué)家任志峰（音譯）說：它在任何溫度下都保持著很高的優(yōu)點(diǎn)，因此它在未來的應(yīng)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(fā)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(tuán)體的興趣。這種能源是將發(fā)電廠或其他工業(yè)過程產(chǎn)生的余熱轉(zhuǎn)化為電能而產(chǎn)生。雖然大多數(shù)材料無法滿足廣泛商業(yè)應(yīng)用的所有要求，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有希望的材料。

博科園-科學(xué)科普：研究人員表示發(fā)現(xiàn)了由鉭、鐵和銻組成的半赫斯勒化合物，其結(jié)果“對熱電發(fā)電很有希望”。測量了一種化合物的轉(zhuǎn)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(chǎn)生11.4瓦的電能。理論計(jì)算表明效率可以達(dá)到14%。他指出，許多熱電設(shè)備將有實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)換效率為10%。總的來說，研究人員預(yù)測了六種以前沒有報(bào)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(shí)的化合物，其中5種具有半赫斯勒晶體結(jié)構(gòu)，在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的化合物之一，p型tafesb基半赫斯勒，表現(xiàn)出非常有前途的熱電性能。

熱力學(xué)穩(wěn)定性計(jì)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(xiàng)工作還涉及到休斯敦大學(xué)的其他研究人員，密蘇里大學(xué)，麻省理工學(xué)院，中國科學(xué)院北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室，中國重慶西南大學(xué)，德國德累斯頓金屬材料研究所，中國電子科技大學(xué)和上海大學(xué)。依靠理論計(jì)算來預(yù)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(jìn)行研究。由鉭、鐵和銻組成的材料的創(chuàng)造，被證明是復(fù)雜的，部分原因是這些成分具有如此不同物理性質(zhì)。例如鉭的熔點(diǎn)在3000攝氏度以上，而銻的熔點(diǎn)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(jié)合方法）更加困難。他們能夠通過球磨和熱壓的結(jié)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(jié)構(gòu)完整性的力學(xué)性能。所使用的元素都相對容易獲得，而且價(jià)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(zhì)，研究結(jié)果為進(jìn)一步依賴計(jì)算方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作提供了強(qiáng)有力的支持。需要注意的是，對一種化合物進(jìn)行仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)合成和評估是昂貴的，而大多數(shù)理論計(jì)算，尤其是在高通量模式下應(yīng)用時(shí)，相對來說是便宜的。因此，在進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究之前，用更復(fù)雜的理論研究來預(yù)測化合物可能是有益的。