鎢鐵釩鋁合金提升溫差發電效率,有望應用在物聯網領域

維也納工業大學通過鎢鐵釩鋁合金材料薄膜塗層,將溫差發電的熱電優值係數(ZT值)指標翻倍提升,有望在未來應用到發電、醫療、可擕式電子設備、甚至物聯網等領域。

溫差發電是通過在熱電材料兩端施加溫度差實現發電的一種方法。這種以熱電材料為核心的熱電轉換技術可不依靠任何外力將“熱”與“電”兩種不同形態的能量直接轉換,在發電、醫療、智慧設備、軍事、高科技等領域擁有極大的應用前景。然而,受限於過低的效率,熱電技術的應用一直局限於溫度測量、太空、軍事、野外等少數特殊的領域。

奧地利維也納工業大學鮑爾教授

衡量熱電效率的關鍵性指標是熱電材料的熱電優值係數(ZT值),一般認為,ZT值達到或者超過4,這種技術才具有商用價值。然而,溫差電技術研究從20世紀40年代研究至今,ZT值始終未能突破3。

奧地利維也納工業大學鮑爾教授(Ernst Bauer)領銜的研究團隊經過6年的研究實現了ZT值的突破。研究人員在矽晶片材料上覆蓋一層由鐵、釩、鎢和鋁元素組成的合金材料薄層,實現了高達5~6的熱電優值係數,而之前最好的材料一般也只有大約2.5~2.8。相關研究成果發表在《自然》雜誌上。

鮑爾介紹,這種由鐵、釩、鋁、鎢四種元素組成的合金材料內部每種類型的原子,彼此間距離都是一樣的,以立方體點陣式結構排列,形成一種相當規則的結構。然而將這種鎢合金材料薄層附加到矽晶片材料上後,會發生奇妙的效果。

儘管每種原子的結構仍是立方體排列,但是不同類型原子的分佈呈隨機的不規則形態。這種規則和不規則的混合,使得材料的電阻很小,也就是導電性能很好;然而其不規則的晶格結構,阻礙了熱力的傳播。

鮑爾表示,這樣的薄層的發電材料很節省空間,也很靈活,很適合作為感應器、小型電子設備的電源,將在“物聯網”技術中有很大用處。“如果一個工廠需要大量感應器連接在一起(物聯網的簡單例子),將它們全部用電線連起來統一供電不現實。最好是這些感應器都自帶小巧的熱電發電設備。”

 

 

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