新材料打破能量传递的世界纪录,效率翻倍,能源问题或不再是问题

能量是维持一个机体正常运转的必备条件,而能源又是衡量一个国家综合国力的重要指标,因此,如何在能量守恒的制约下创造出高效的材料是解决能源问题的关键。维也纳大学的研究人员做出了这一举动。他们设计出一种新型材料,这种材料可以根据温度的差异来产生电流。这种材料使得一些小型处理器可以为自身无限的提供能量,或许这是打破能量守恒定律?

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这是一种热电材料,是硅,铁,钒,钨和铝的组合,它可以将热能转化为电能。这是由于所谓的塞贝克效应引起的:如果这种材料的两端之间存在温差,则可能会产生电压进而引发电流。在给定的温差下可以产生的电量由所谓的ZT值来衡量:材料的ZT值越高,其热电性能越好。迄今为止,最好的热电器件的ZT值约为2.5至2.8。然而,维也纳大学的科学家现已成功开发出ZT值为5至6的全新材料。

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恩斯特·鲍尔教授说:“好的热电材料必须表现出很强的塞贝克效应,并且必须满足两个难以调和的重要条件。一方面,它尽可能地导电;另一方面,它在导电的过程中不产生热量,也就是没有能量损失。” 恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)于2013年在多普勒热电实验室就开始研究多种热电材料。功夫不负有心人,终于有了一种优秀的材料。

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这种材料中的原子通常以严格规则的方式排列在所谓的面心立方晶格中。两个铁原子之间的距离总是相同的,其他类型的原子也是如此,因此这是一个非常完整规则的晶体。然而,当在这种材料的表面加上硅时,结构发生了根本性的变化。内部原子出现无规则排列,两个铁原子再也不规规矩矩的相连了。因此,原子排列的规则性和不规则性的混合改变了电子的运动方式。

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电子以一种特殊的方式在材料中运动,该种方式可以防止其受到散射过程的影响。穿过材料的电荷被称为韦尔费米子。这样,材料在导电过程产生的阻力也就非常小了。另一方面,晶格振动将热量从高温的地方传递到低温的地方,受到晶体结构不规则性的抑制。因此,热导率降低。假设该种材料可以通过温差永久性地产生电能,那么,能源问题或许就不在是问题了。


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