新型熱電材料幫助防止汽車零部件過熱

據(jù)外媒報(bào)道，夏季來臨，汽車方向盤變得滾燙下不去手，但是新型熱電材料卻可解決該問題。由于缺乏能夠在室溫下保持高效，同時(shí)價(jià)格便宜的材料，可以直接將電能轉(zhuǎn)化成熱能，以實(shí)現(xiàn)冷卻和加熱功能的熱電設(shè)備的普及受到了阻礙。

（圖片來源：休斯敦大學(xué)官網(wǎng)）

但是，現(xiàn)在，美國休斯敦大學(xué)（the University of Houston）和麻省理工學(xué)院（the Massachusetts Institute of Technology）的研究人員報(bào)告表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種新材料，該材料在室溫下的工作效率很高，而且?guī)缀鯚o需價(jià)格昂貴的碲（碲是目前最先進(jìn)材料中的主要成分）。

該研究的研究人員表示，該材料能夠幫助防止電子設(shè)備、車輛和其他零部件過熱。此外，該材料非常便宜，但是性能卻與傳統(tǒng)的、更昂貴的材料一樣好，未來研究人員將致力于縮小該材料與傳統(tǒng)材料（鉍碲合金）間細(xì)微的性能差距。

熱電材料的工作原理是，利用從較熱區(qū)域流向較冷區(qū)域的熱流，而熱電冷卻模塊將根據(jù)珀?duì)柼?yīng)（Peltier effect）工作，該效應(yīng)描述了兩個(gè)不同導(dǎo)體接頭處隨著電流方向的不同，會(huì)分別出現(xiàn)吸熱和放熱現(xiàn)象。

此外，熱電材料還可用于將發(fā)電廠、汽車排氣管和其他來源的余熱轉(zhuǎn)化成電能。而且據(jù)報(bào)道，許多新材料用于此類應(yīng)用，而此類應(yīng)用要求材料能夠在更高的溫度下工作。

因?yàn)闊犭娎鋮s模塊必須在溫度更低的環(huán)境中工作，在此類環(huán)境中，該熱電模塊的熱電轉(zhuǎn)換優(yōu)值系數(shù)ZT值比較低（該系數(shù)取決于溫度），因而熱電冷卻模塊造成了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。優(yōu)值系數(shù)ZT值是衡量熱電材料工作效率的一個(gè)指標(biāo)，熱電材料的ZT值越高越好。

盡管面臨挑戰(zhàn)，至少到目前為止，此類熱電冷卻模塊還具備很大的商業(yè)潛力，部分原因在于他們能夠在更低的溫度下長時(shí)間工作，而熱電在發(fā)電時(shí)由于高溫（氧化和熱不穩(wěn)定性）會(huì)變得很復(fù)雜。

熱電冷卻市場正在不斷增長，據(jù)研究人員所說，2018年全球熱電模塊市值約為6億美元，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)約17億美元。

數(shù)十年來，鉍碲合金一直被認(rèn)為是性能最好的熱冷卻材料，但是研究人員表示，高成本的碲限制了該材料的廣泛應(yīng)用。雖然最近碲的成本有所下降，但是仍是每公斤50美元左右。相比之下，研究人員研發(fā)的新材料主要成分是鎂，而鎂的價(jià)格約為每公斤6美元。

研究人員表示，此新材料由鎂和鉍制成，以帶負(fù)電荷（n型）的形式而創(chuàng)造出來，與傳統(tǒng)的鉍碲材料的效率一樣。此外，該材料的成本較低，可能會(huì)擴(kuò)大熱電模塊用于冷卻應(yīng)用。

為了利用該新材料制成熱電模塊，研究人員將其與傳統(tǒng)鉍碲合金中的正電荷載流子結(jié)合，因而只需要用到目前大多數(shù)模塊中一半的碲，由于材料的成本大約是該設(shè)備成本的三分之一，因而能夠節(jié)省大量成本。此外，該新材料與大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)材料相比時(shí)，具備更好的電接觸能力。