通过使用温度差异,一种新型的热电材料可以非常有效地产生电流。这使传感器和微小的处理器能够无线地提供能量。由于塞贝克效应,热电材料可以将热量转化为电能。
Seebeck效应指出,如果这种材料的两端之间存在温度差,则可以创建电压,这将导致电流流动。可以在任何给定的温度差下生成的电压量可以通过ZT值来测量。较高的ZT值意味着材料具有更好的热电特性。
到目前为止,最好的热电学的ZT值在2.5和2.8之间。但是,Tu Wien(维也纳)的科学家设法开发了一种全新的材料,其ZT值为5至6。它基本上是一层铁,钒,铝和钨层的薄层。新材料是如此有效,以至于为了为传感器甚至计算机处理器提供能量而使用。此类设备无需将小型电气设备连接到电缆,而是能够通过使用温度差来产生自己的电力。
最新的材料已在《自然》杂志上介绍。Tu Wien固态物理研究所的Ernst Bauer教授说:“良好的热电材料必须显示出强烈的塞贝克效应,并且必须满足两个难以调和的重要要求。一方面,它应该尽可能地进行电力;另一方面,它应该尽可能地运输热量。这是一个挑战,因为电导率和导热率通常密切相关。’
恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)进一步补充说:“这种材料中的原子通常以严格规则的图案排列在所谓的面部中心的立方晶格中。两个铁原子之间的距离始终相同,其他类型的原子也是如此。因此,整个晶体是完全规律的。’因此,为什么这种新材料如此出色的热电材料?鲍尔解释说:“两个铁原子可能彼此相邻,旁边的地方可能被钒或铝占据,并且不再有任何规则决定在晶体中可以在哪里找到下一个铁原子。’
通过创建原子排列的规律性和不规则性的混合物,电子结构也会改变,从而改变了电子在固体中的移动方式。鲍尔解释说,‘电荷以特殊的方式通过材料移动,以保护它免受散射过程。通过材料传播的电荷部分称为Weyl Fermions。当然,这样的薄层不能产生特别大量的能量,但是它具有非常紧凑和适应性的优势。我们想使用它为传感器和小型电子应用提供能源。’
鲍尔(Bauer)表示这一发现的重要性,说:‘如果您需要大量的工厂传感器,则无法将所有传感器连接在一起。对于传感器,能够使用小型热电设备能够产生自己的动力是更聪明的。’