美大學研發(fā)新型低成本熱電材料 可為夏季汽車零部件降溫

據(jù)外媒報道，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，同時價格便宜的材料，可以直接將電能轉(zhuǎn)化成熱能，以實現(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：休斯敦大學官網(wǎng))

但是，現(xiàn)在，美國休斯敦大學(the University of Houston)和麻省理工學院(the Massachusetts Institute of Technology)的研究人員報告表示，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需價格昂貴的碲(碲是目前最先進材料中的主要成分)。

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)珀爾帖效應(yīng)(Peltier effect)工作，該效應(yīng)描述了兩個不同導體接頭處隨著電流方向的不同，會分別出現(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。

因為熱電冷卻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指標，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間工作，而熱電在發(fā)電時由于高溫(氧化和熱不穩(wěn)定性)會變得很復雜。

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)計到2027年將達約17億美元。

數(shù)十年來，鉍碲合金一直被認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，可能會擴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，具備更好的電接觸能力。