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PNAS:新型热电材料——Mg2Sn0.75Ge0.25
更新日期:2015-03-24  

  热电材料是一种通过固体内部载流子的运动实现热能和电能互相转换的功能材料,在提高能源利用效率,解决未来能源危机等方面具有重要意义。热电材料的转换效率由无量纲热电优值 ZT(=S2σT/κ)来表征,其中S Seebeck 系数,σκ分别为电导率和热导率,T为绝对温度。获得高ZT值可以通过提高功率因子(S2σ)和/或降低热导率来实现。 

  近日,美国休斯顿大学的研究人员发现了一种新型热电材料Mg2Sn0.75Ge0.25,有望将烟囱、汽车排气系统等的废热转换为电能。相关研究结果发表在317日的《美国国家科学院院刊》杂志上(PNAS, 2015, 112(11),3269-3274, DOI: 10.1073/pnas.1424388112)。通讯作者是Ching-Wu Chu和任志峰(Zhifeng Ren)。 

图:基质中具有共格晶界的纳米夹杂物,来源:休斯顿大学/ Proc. Natl. Acad. Sci. 

  该项目的负责人之一、休斯顿大学物理学家、德州超导中心主要负责人任志峰表示,该项研究是通过提高功率因子来获得高ZT值。 

  作者通过机械球磨——热压法制备得到化合物Mg2Sn0.75Ge0.25。测试结果表明25–450 ℃温度范围内ZT 平均值为0.9,功率因子平均值为52 μW·cm−1·K−2ZT 峰值为1.4450 ),功率因子峰值为55 μW·cm−1·K−2350 )。该材料中的载流子是电子,属于n型半导体。 

  据报道,任志峰已与麻省理工学院的陈刚和两名以前的学生共同创办了APower公司,来将该材料商业化。他们表示,原材料的成本大约在每千克190美元,根据美国地质调查局的数据,这种热电材料的商业化具有可行性;与目前一些竞争产品相比,该新型热电材料的竞争力在于功率因子高,原材料便宜。 

  图:具有温度依赖性的热性能和ZT值,图中与Bi2Te2.7Se0.3ZT曲线进行比较;来源:休斯顿大学/ Proc. Natl. Acad. Sci. 

  相关阅读:物理学家组织网报道(英文 

  (杨琛 整理)