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美國大學(xué)研發(fā)新型低成本熱電材料 可為夏季汽車零部件降溫 ,福州樂天汽車租賃公司據(jù)外媒報(bào)道,夏季來臨,汽車方向盤變得滾燙下不去手,但是新型熱電材料卻可解決該問題。 蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道,夏季來臨,汽車方向盤變得滾燙下不去手,但是新型熱電材料卻可解決該問題。由于缺乏能夠在室溫下保持高效,同時(shí)價(jià)格便宜的材料,可以直接將電能轉(zhuǎn)化成熱能,以實(shí)現(xiàn)冷卻和加熱功能的熱電設(shè)備的普及受到了阻礙。
(圖片來源:休斯敦大學(xué)官網(wǎng)) 但是,現(xiàn)在,美國休斯敦大學(xué)(the University of Houston)和麻省理工學(xué)院(the Massachusetts Institute of Technology)的研究人員報(bào)告表示,他們發(fā)現(xiàn)了一種新材料,該材料在室溫下的工作效率很高,而且?guī)缀鯚o需價(jià)格昂貴的碲(碲是目前最先進(jìn)材料中的主要成分)。 該研究的研究人員表示,該材料能夠幫助防止電子設(shè)備、車輛和其他零部件過熱。此外,該材料非常便宜,但是性能卻與傳統(tǒng)的、更昂貴的材料一樣好,未來研究人員將致力于縮小該材料與傳統(tǒng)材料(鉍碲合金)間細(xì)微的性能差距。 熱電材料的工作原理是,利用從較熱區(qū)域流向較冷區(qū)域的熱流,而熱電冷卻模塊將根據(jù)珀?duì)柼?yīng)(Peltier effect)工作,該效應(yīng)描述了兩個(gè)不同導(dǎo)體接頭處隨著電流方向的不同,會(huì)分別出現(xiàn)吸熱和放熱現(xiàn)象。 此外,熱電材料還可用于將發(fā)電廠、汽車排氣管和其他來源的余熱轉(zhuǎn)化成電能。而且據(jù)報(bào)道,許多新材料用于此類應(yīng)用,而此類應(yīng)用要求材料能夠在更高的溫度下工作。 因?yàn)闊犭娎鋮s模塊必須在溫度更低的環(huán)境中工作,在此類環(huán)境中,該熱電模塊的熱電轉(zhuǎn)換優(yōu)值系數(shù)ZT值比較低(該系數(shù)取決于溫度),因而熱電冷卻模塊造成了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。優(yōu)值系數(shù)ZT值是衡量熱電材料工作效率的一個(gè)指標(biāo),熱電材料的ZT值越高越好。 盡管面臨挑戰(zhàn),至少到目前為止,此類熱電冷卻模塊還具備很大的商業(yè)潛力,部分原因在于他們能夠在更低的溫度下長時(shí)間工作,而熱電在發(fā)電時(shí)由于高溫(氧化和熱不穩(wěn)定性)會(huì)變得很復(fù)雜。 熱電冷卻市場(chǎng)正在不斷增長,據(jù)研究人員所說,2018年全球熱電模塊市值約為6億美元,預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)約17億美元。 數(shù)十年來,鉍碲合金一直被認(rèn)為是性能最好的熱冷卻材料,但是研究人員表示,高成本的碲限制了該材料的廣泛應(yīng)用。雖然最近碲的成本有所下降,但是仍是每公斤50美元左右。相比之下,研究人員研發(fā)的新材料主要成分是鎂,而鎂的價(jià)格約為每公斤6美元。 研究人員表示,此新材料由鎂和鉍制成,以帶負(fù)電荷(n型)的形式而創(chuàng)造出來,與傳統(tǒng)的鉍碲材料的效率一樣。此外,該材料的成本較低,可能會(huì)擴(kuò)大熱電模塊用于冷卻應(yīng)用。 為了利用該新材料制成熱電模塊,研究人員將其與傳統(tǒng)鉍碲合金中的正電荷載流子結(jié)合,因而只需要用到目前大多數(shù)模塊中一半的碲,由于材料的成本大約是該設(shè)備成本的三分之一,因而能夠節(jié)省大量成本。此外,該新材料與大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)材料相比時(shí),具備更好的電接觸能力。 |