新材料打破能量傳遞的世界紀錄,效率翻倍,能源問題或不再是問題

能量是維持一個機體正常運轉的必備條件,而能源又是衡量一個國家綜合國力的重要指標,因此,如何在能量守恆的制約下創造出高效的材料是解決能源問題的關鍵。維也納大學的研究人員做出了這一舉動。他們設計出一種新型材料,這種材料可以根據溫度的差異來產生電流。這種材料使得一些小型處理器可以為自身無限的提供能量,或許這是打破能量守恆定律?

新材料打破能量傳遞的世界紀錄,效率翻倍,能源問題或不再是問題

這是一種熱電材料,是硅,鐵,釩,鎢和鋁的組合,它可以將熱能轉化為電能。這是由於所謂的塞貝克效應引起的:如果這種材料的兩端之間存在溫差,則可能會產生電壓進而引發電流。在給定的溫差下可以產生的電量由所謂的ZT值來衡量:材料的ZT值越高,其熱電性能越好。迄今為止,最好的熱電器件的ZT值約為2.5至2.8。然而,維也納大學的科學家現已成功開發出ZT值為5至6的全新材料。

新材料打破能量傳遞的世界紀錄,效率翻倍,能源問題或不再是問題

恩斯特·鮑爾教授說:“好的熱電材料必須表現出很強的塞貝克效應,並且必須滿足兩個難以調和的重要條件。一方面,它儘可能地導電;另一方面,它在導電的過程中不產生熱量,也就是沒有能量損失。” 恩斯特·鮑爾(Ernst Bauer)於2013年在多普勒熱電實驗室就開始研究多種熱電材料。功夫不負有心人,終於有了一種優秀的材料。

新材料打破能量傳遞的世界紀錄,效率翻倍,能源問題或不再是問題

這種材料中的原子通常以嚴格規則的方式排列在所謂的面心立方晶格中。兩個鐵原子之間的距離總是相同的,其他類型的原子也是如此,因此這是一個非常完整規則的晶體。然而,當在這種材料的表面加上硅時,結構發生了根本性的變化。內部原子出現無規則排列,兩個鐵原子再也不規規矩矩的相連了。因此,原子排列的規則性和不規則性的混合改變了電子的運動方式。

新材料打破能量傳遞的世界紀錄,效率翻倍,能源問題或不再是問題

電子以一種特殊的方式在材料中運動,該種方式可以防止其受到散射過程的影響。穿過材料的電荷被稱為韋爾費米子。這樣,材料在導電過程產生的阻力也就非常小了。另一方面,晶格振動將熱量從高溫的地方傳遞到低溫的地方,受到晶體結構不規則性的抑制。因此,熱導率降低。假設該種材料可以通過溫差永久性地產生電能,那麼,能源問題或許就不在是問題了。


分享到:


相關文章: