2009-11-20 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：熱電復(fù)合材料 環(huán)保節(jié)能
隨著全球工業(yè)化步伐的加快，世界性的能源短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素。然而，生活中有許多耗費能源所生成、卻又被廢棄的熱能，例如汽車尾氣、工廠鍋爐排放的氣體等。經(jīng)計算，汽車的能源利用率不到30%，其余的能量除了用來冷卻和摩擦生熱外，有高達(dá)40%的能量作為尾氣直接排掉，不僅浪費了大量能量，而且污染環(huán)境、造成溫室效應(yīng)。如果能將這些熱能善加利用，即可成為再次使用的能源。
利用溫差來發(fā)電，就是一種能源再利用的方法，但其關(guān)鍵是選擇熱電材料與技術(shù)。因為其應(yīng)用不需要使用傳動部件，工作時靜音、無排放物，對環(huán)境沒有污染，并且這種材料性能可靠、使用壽命長，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的環(huán)保節(jié)能材料。因此，人們希望找到一種擁有較高熱電轉(zhuǎn)換效率的材料。然而，熱電轉(zhuǎn)換效率偏低成為制約熱電材料應(yīng)用的主要因素。熱電轉(zhuǎn)換效率主要由熱電優(yōu)值（ZT）來決定。現(xiàn)在，大部分熱電材料ZT<1（對應(yīng)熱電轉(zhuǎn)換效率<10%），因此，提高ZT值一直是熱電材料研究者的主要工作。我國對此也非常重視，目前有國家“973”計劃等項目進(jìn)行支持。
近年來，人們發(fā)現(xiàn)PbTe/AgSbTe2復(fù)合材料具有很高的熱電性能，其平均熱電性能優(yōu)值有可能突破2，高于一般的熱電材料，耐熱溫度可達(dá)800～900K，耐熱溫度區(qū)間則高達(dá)500K，人們估計它的熱電轉(zhuǎn)換效率可能達(dá)到18%。因此，PbTe/AgSbTe2復(fù)合材料是一種非常有發(fā)展前景、亟待發(fā)掘的材料。
為了研究這種材料產(chǎn)生高熱電優(yōu)值的原因，研究者首先必須知道其具體的原子結(jié)構(gòu)，但是在體塊材料PbTe中確定AgSbTe2納米顆粒的生長機(jī)制及其結(jié)構(gòu)是當(dāng)今世界實驗上的技術(shù)難題。
在美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校訪問期間，柯學(xué)志與該校物理系教授陳長風(fēng)、美國通用汽車公司的楊繼輝博士和美國Brookhaven國家實驗室的實驗小組進(jìn)行合作，利用第一原理的量子力學(xué)方法并結(jié)合高分辨率的透射電鏡，仔細(xì)研究了AgSbTe2的生長機(jī)制及其原子結(jié)構(gòu)，得到了一些有意義的結(jié)果。比如：模擬的圖像與高分辨率的透射電鏡一致；一般而言，一個帶正電荷（的離子）總是喜歡與一個帶負(fù)電荷的結(jié)成一對（電偶極子），但在一定的條件下（壓力或者應(yīng)力的作用下），情況剛好相反。這些發(fā)現(xiàn)可能對這一類PbTe摻雜熱電材料有一定的指導(dǎo)意義。
據(jù)悉，研究者計劃在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究其高熱電優(yōu)的機(jī)理，并系統(tǒng)研究這一類熱電材料的生長機(jī)制。