“研究人员发现高性能热电材料 应用行业包括汽车工业、重工业等”

NASA的火星探测器perseverance可以从地球上非常需要的热电装置提供动力，将热量转换为有用的电力。 在火星上，热源是钚的放射性衰变，热电装置的转换效率为4 %~5 %，足以为perseverance及其运转提供动力，但足以在地球上应用。

据报道，美国西北大学( northwestern university )和韩国首尔国立大学) seoul national university的科学家小组展示了高性能热电材料，可以实际用于热电装置的开发。 由于该材料是多晶型的精制硒化锡，是将热转换为电力的单晶材料，因此成为史上效率最高的热电系统。 早期的研究发现并处理了导致性能下降的氧化问题，实现了较高的转换率。

粒子形状的精制硒化锡(照片来源:西北大学)。

多晶硒化锡可以用于各种工业固体热电装置的开发，具有很大的节能特性。 其重要的应用目标之一是收集发电厂、汽车工业、玻璃工厂、砖厂等工业废热，并将其转化为电力。 现在，世界化石燃料产生的能量的65%以上以废热的形式消失。

西北大学专业从事新材料设计的化学家mercouri kanatzidis表示:“目前热电装置已经被采用，但仅限于火星探测器等小市场。 这样的装置还没有像太阳能电池一样流行，要制造好的装置面临着很大的挑战。 我们为了推进热电装置的更广泛的应用，专注于开发低价高性能的材料。 ”

kanatzidis表示，热电装置已经得到承认，但它们能否良好工作取决于内部的热电材料。 这种设备的一侧热，另一侧冷，热电材料在中间； 热通过这个材料，一部分热变成电力，通过电线远离设备。

热电材料需要具有极低的热传导性，且维持良好的导电性，比较有效地进行排热转换。 热源的温度可以达到400到500，所以这个材料需要在更高的温度下也是稳定的。 这些挑战和其他挑战使得热电材料比太阳能电池更难生产。

年，kanatzidis及其团队发现了惊人的材料，报告了世界上最好的能够将热转换为有用电力的材料——化学化合物硒化锡的结晶形态。 这是一个重要的发现，但单晶脆弱且呈片状，因此不适合大规模生产。

但是，多晶硒化锡更强力，可以切割和整形，用于不同的应用。 因此，研究者开始研究这种形式的材料。 出乎意料的是，他们发现这种材料的热传导率很高，不像单晶硒化锡那么低。

经过进一步检查，研究人员发现这种材料有氧化锡皮。 如果热量在这种氧化锡的皮中流动，导热性就会增加，不符合热电装置的诉求。

韩国的研究小组在得知氧化过程本身和原料有氧化作用后，发现了去除氧气的方法。 之后，可以制造不含氧的硒化锡粒子，并对其进行试验。

测量了多晶型硒化锡的真实导热率，发现比预想的要低。 作为热电装置的性能(将热转换为电力)之一，它超过了单晶硒化锡，也是有记录以来效率最高的材料。

热电学中的废热转换效率用“质量系数”表示，即zt值(热电优势值)。 这个数字越大，转换效率越高。 迄今发现的单晶形硒化锡的zt值以913开尔文(热力学温度单位)计约为2.2至2.6。 新的研究表明，多晶精制硒化锡的zt值为783开尔文约3.1，其热导率超低，低于单晶材料。

西北大学拥有该硒化锡材料的知识产权，该热电材料的潜在应用行业包括汽车工业(汽车排气管排出的大量废热)、重工业)如玻璃厂和砖厂、炼油厂、燃煤和燃气发电厂)、大型船舶和油轮等大型内燃机