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據報道，美國西北大學（Northwestern University）的工程師們已經開發出一種新的熱電材料，這可能是目前為止效率最高、可用于設備開發的實用熱電材料。這項研究成果已發表在《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

據了(le)解，這種全新(xin)的、經過(guo)改進成多晶(jing)形(xing)式的純化硒(xi)化錫，在將(jiang)熱轉化為(wei)電能(neng)方面優于單晶(jing)形(xing)式，使(shi)其成為(wei)有記錄以(yi)來最高(gao)效(xiao)的熱電材(cai)料。研(yan)究人員在識別并消除了(le)早期(qi)研(yan)究中(zhong)降低性能(neng)的氧化問題后，能(neng)夠實現高(gao)轉化率。

熱電(dian)系統通過(guo)溫度(du)梯度(du)發(fa)電(dian)。加熱一(yi)種特殊(shu)材料的一(yi)側(ce)可以(yi)(yi)導致電(dian)子(zi)開始從較熱的一(yi)邊移動(dong)到較冷的一(yi)邊，在這(zhe)個過(guo)程中(zhong)(zhong)產生(sheng)電(dian)流。人們希望這(zhe)項技術能夠幫助回(hui)收(shou)電(dian)子(zi)產品、發(fa)電(dian)廠、發(fa)動(dong)機甚至炊具中(zhong)(zhong)以(yi)(yi)熱能形(xing)式被浪費掉的能源(yuan)。

為了充(chong)分(fen)利(li)(li)用(yong)這項技術，熱電(dian)材料需(xu)要一些特性。它們(men)需(xu)要有高電(dian)導(dao)率和低熱導(dao)率，這樣當熱量停(ting)留在一邊(bian)時，電(dian)子可以很(hen)容易地(di)通過。此外，它們(men)還需(xu)要能夠(gou)(gou)有效地(di)利(li)(li)用(yong)溫(wen)(wen)度(du)梯度(du)發電(dian)，理想(xiang)情況下，它們(men)應該能夠(gou)(gou)承受高溫(wen)(wen)。

所有(you)這些屬性都與最終的轉(zhuan)(zhuan)化(hua)效率相關，并反(fan)映在它的“品質因(yin)數”上，這個數字稱為ZT。數字越(yue)高(gao)，轉(zhuan)(zhuan)化(hua)率越(yue)高(gao)。早先發現單晶硒(xi)化(hua)錫的ZT在913開爾文時(shi)約為2.2至(zhi)2.6。然而，這種材料(liao)太脆弱，不適合大規模(mo)生產。

所(suo)以，研究人(ren)員開始將其(qi)制成多(duo)晶形(xing)式，這(zhe)種(zhong)形(xing)式更堅(jian)固(gu)，更容(rong)易(yi)根據需要切割和塑(su)形(xing)。而(er)且在這(zhe)項新研究中，研究人(ren)員發現(xian)多(duo)晶形(xing)式的純化(hua)硒化(hua)錫在783開爾文下的ZT約為3.1。其(qi)熱導(dao)率極低(di)，低(di)于單(dan)晶。

研究(jiu)人(ren)員表示，多(duo)晶(jing)硒化錫可以開(kai)發用于各種行(xing)業的(de)固態熱電設備，具(ju)有巨大的(de)節能(neng)潛(qian)力(li)。一個關(guan)鍵的(de)應用目標是收集(ji)工業廢熱，例如來自(zi)發電廠(chang)、汽(qi)車工業以及玻璃和制(zhi)磚廠(chang)的(de)廢熱，并將其轉化為(wei)電能(neng)。全球超過65%的(de)化石燃料能(neng)源以廢熱形式流(liu)失。

該研究的(de)通訊作者(zhe)Mercouri Kanatzidis說：“這為用多晶硒(xi)化錫顆粒制(zhi)造新設(she)(she)備(bei)及其應(ying)(ying)用探索(suo)打開了大門。這些設(she)(she)備(bei)還沒(mei)有像(xiang)太陽(yang)能電池那樣流行起來，要制(zhi)造出好的(de)設(she)(she)備(bei)還面臨(lin)著重大挑戰。我們正專(zhuan)注于開發一種(zhong)低成本、高(gao)性(xing)能的(de)材料，推動熱電設(she)(she)備(bei)得到(dao)更廣泛的(de)應(ying)(ying)用。”

西北大(da)(da)(da)學(xue)擁(yong)有硒化錫材(cai)料的知識產權。熱電(dian)材(cai)料的潛在應用領域還包括(kuo)汽車工業(ye)(ye)（大(da)(da)(da)量汽油的勢能從汽車排氣(qi)管中(zhong)流出）、重工業(ye)(ye)（如(ru)(ru)玻璃和制磚(zhuan)、煉油廠、燃煤(mei)和燃氣(qi)發電(dian)廠）以(yi)及(ji)大(da)(da)(da)型內燃機連續運行的地方（如(ru)(ru)大(da)(da)(da)型船舶和油輪(lun)）。