一种新型材料能非常有效地利用温差产生电流。这使得传感器和小型处理器可以通过无线方式为自己提供能量。

 

热电材料可以把热转换成电能。这是由于所谓的塞贝克效应:如果在这种材料的两端存在温差，就会产生电压，电流就会开始流动。在给定的温差下所能产生的电能量是通过所谓的ZT值来衡量的:材料的ZT值越高，其热电性能越好。

 

到目前为止，在ZT值在2.5到2.8左右时测得最好的热电性能。维也纳大学的科学家们已经成功研制出一种ZT值在5到6之间的全新材料。它是一层薄薄的铁，钒，钨和铝应用在硅晶体上。天富是做什么的？

 

 

这种新材料非常有效，可以用来为传感器甚至小型计算机处理器提供能量。它们可以利用温差自行发电，而不是将小型电子设备连接到电缆上。这种新材料已经发表在《自然》杂志上。

 

电力和温度

 

“一种好的热电材料必须表现出强烈的塞贝克效应，并且必须满足两个很难调和的重要要求，”维恩理工大学固体物理研究所的恩斯特·鲍尔教授说。“一方面，它应该尽可能地导电;另一方面，它传递热量的方式应该尽可能的差。这是一个挑战，因为导电率和导热率通常是密切相关的。”

 

恩斯特·鲍尔于2013年在威尼斯大学建立了克里斯蒂安·多普勒热电实验室，在过去的几年里，他们研究了不同应用的不同热电材料。这项研究导致了一种特别引人注目的材料的发现——一种铁、钒、钨和铝的混合物。

 

“这种材料中的原子通常以一种严格规则的模式排列在所谓的面心立方晶格中，”恩斯特·鲍尔说。两个铁原子之间的距离总是一样的，其他类型的原子也是如此。因此整个晶体是完全规则的"

 

然而，当一层薄的材料被应用到硅上时，令人惊奇的事情发生了:结构发生了根本的变化。虽然原子仍然是立方结构，但它们现在以空间为中心排列，不同类型原子的分布变得完全随机。鲍尔解释说:“两个铁原子可能相邻，相邻的位置可能被钒或铝占据，并且不再有任何规则规定下一个铁原子在晶体中的位置。”

 

原子排列的规则性和不规则性的混合也改变了电子结构，电子结构决定了电子在固体中的运动方式。“电荷以一种特殊的方式通过材料，因此它受到保护，免受散射过程。穿过物质的电荷部分被称为韦尔费米子，”恩斯特鲍尔说。通过这种方式,一个非常低的电阻。天富是做什么的？

 

另一方面，晶格振动，它把热量从高温的地方传输到低温的地方，被晶体结构的不规则所抑制。因此，导热系数降低。如果要永久性地从温差中产生电能，这一点就很重要——因为如果温差能够很快地达到平衡，那么整个材料很快就会到处都达到相同的温度，热电效应就会停止。

 

物联网用电

 

“当然，如此薄的一层不能产生特别大的能量，但它的优势是非常紧凑和适应性强，”恩斯特·鲍尔说。“我们想用它为传感器和小型电子应用提供能源。对这种小型发电机的需求正在迅速增长:在“物联网”中，越来越多的设备被在线连接在一起，从而自动协调彼此的行为。这对于未来的生产工厂尤其有前景，因为在那里一台机器必须对另一台机器做出动态反应。

 

“如果你在工厂里需要大量的传感器，你不能把它们全部连接在一起。对于传感器来说，使用一个小型热电装置来产生自己的能量是非常聪明的。”Bauer说。