美國大學研發新型低成本熱電材料 可為夏季汽車零部件降溫

據外媒報道，隨著夏天的到來，汽車方向盤變得太熱而無法下車，但新型熱電材料可以解決這一問題。由于缺乏能在室溫下保持高效率的廉價材料，能直接將電能轉化為熱能實現制冷制熱功能的熱電設備的普及受到了阻礙。

(圖片來源:休斯敦大學官網)但現在，來自美國休斯敦大學和麻省理工學院的研究人員報告稱，他們發現了一種新材料，這種材料在室溫下高效工作，幾乎不需要昂貴的碲(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，這種材料可以幫助防止電子設備、車輛和其他部件過熱。此外，這種材料非常便宜，但其性能與傳統的更昂貴的材料一樣好。未來，研究人員將致力于縮小這種材料與傳統材料(Bi-Te合金)之間的微妙性能差距。熱電材料的工作原理是利用熱流從熱區流向冷區，熱電制冷模塊會根據帕爾貼效應工作，帕爾貼效應描述的是兩個不同的導體接頭會分別有吸熱和放熱，電流方向不同。此外，熱電材料還可用于將發電廠、汽車排氣管等來源的余熱轉化為電能。而且據報道，這類應用中使用了很多新材料，需要材料在更高的溫度下工作。因為熱電冷卻模塊必須工作在較低溫度的環境中，在這種環境中，熱電模塊的熱電轉換品質因數ZT相對較低(該系數取決于溫度)，所以熱電冷卻模塊提出了巨大的挑戰。優值系數的ZT值是衡量熱電材料工作效率的指標，熱電材料的ZT值越高越好。盡管面臨挑戰，但至少到目前為止，這種熱電冷卻模塊具有很大的商業潛力，部分原因是它們可以在較低的溫度下長時間工作，而熱電發電會因高溫(氧化和熱不穩定)而變得復雜。熱電制冷市場正在增長。據研究人員稱，2018年熱電模塊的全球市場價值約為6億美元，預計到2027年將達到約17億美元。幾十年來，鉍碲合金一直被認為是最好的熱冷卻材料，但研究人員表示，碲的高成本限制了這種材料的廣泛應用。雖然碲的成本最近有所下降，但仍在每公斤50美元左右。相比之下，研究人員開發的新材料的主要成分是鎂，鎂的價格約為每公斤6美元。研究人員表示，這種新材料由鎂和鉍制成，它以帶負電荷(N型)的形式創建，與傳統的鉍碲材料一樣高效。此外，這種材料的低成本可以擴展用于冷卻應用的熱電模塊。為了使用這種新材料制作熱電模塊，研究人員將其與傳統Bi-Te合金中的正電荷載流子結合在一起，因此目前大多數模塊中只需要一半的碲，并且由于材料的成本約為設備成本的三分之一，因此可以節省大量成本。此外，與大多數納米結構材料相比，這種新材料具有更好的電接觸能力。據外媒報道，隨著夏天的到來，汽車方向盤變得太熱而無法下車，但新型熱電材料可以解決這一問題。由于缺乏能在室溫下保持高效率的廉價材料，能直接將電能轉化為熱能實現制冷制熱功能的熱電設備的普及受到了阻礙。

(圖片來源:休斯頓大學官網)但是現在，來自美國休斯頓大學和麻省理工學院的研究人員報告說，他們發現了一種新材料，可以高效地工作在……oom溫度且幾乎不需要昂貴的碲(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，這種材料可以幫助防止電子設備、車輛和其他部件過熱。此外，這種材料非常便宜，但其性能與傳統的更昂貴的材料一樣好。未來，研究人員將致力于縮小這種材料與傳統材料(Bi-Te合金)之間的微妙性能差距。熱電材料的工作原理是利用熱流從熱區流向冷區，熱電制冷模塊會根據帕爾貼效應工作，帕爾貼效應描述的是兩個不同的導體接頭會分別有吸熱和放熱，電流方向不同。此外，熱電材料還可用于將發電廠、汽車排氣管等來源的余熱轉化為電能。而且據報道，這類應用中使用了很多新材料，需要材料在更高的溫度下工作。因為熱電冷卻模塊必須工作在較低溫度的環境中，在這種環境中，熱電模塊的熱電轉換品質因數ZT相對較低(該系數取決于溫度)，所以熱電冷卻模塊提出了巨大的挑戰。優值系數的ZT值是衡量熱電材料工作效率的指標，熱電材料的ZT值越高越好。盡管面臨挑戰，但至少到目前為止，這種熱電冷卻模塊具有很大的商業潛力，部分原因是它們可以在較低的溫度下長時間工作，而熱電發電會因高溫(氧化和熱不穩定)而變得復雜。熱電制冷市場正在增長。據研究人員稱，2018年熱電模塊的全球市場價值約為6億美元，預計到2027年將達到約17億美元。幾十年來，鉍碲合金一直被認為是最好的熱冷卻材料，但研究人員表示，碲的高成本限制了這種材料的廣泛應用。雖然碲的成本最近有所下降，但仍在每公斤50美元左右。相比之下，研究人員開發的新材料的主要成分是鎂，鎂的價格約為每公斤6美元。研究人員表示，這種新材料由鎂和鉍制成，它以帶負電荷(N型)的形式創建，與傳統的鉍碲材料一樣高效。此外，這種材料的低成本可以擴展用于冷卻應用的熱電模塊。為了使用這種新材料制作熱電模塊，研究人員將其與傳統Bi-Te合金中的正電荷載流子結合在一起，因此目前大多數模塊中只需要一半的碲，并且由于材料的成本約為設備成本的三分之一，因此可以節省大量成本。此外，與大多數納米結構材料相比，這種新材料具有更好的電接觸能力。

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