由 Kris Bertness 领导的 NIST 研究团队正在探索一种新颖的热电转换方法，并为此开发了一种设备。一旦这项技术完善，它将把热量转化为电能，否则这些电能就会被浪费掉。这项研究基于德国物理学家 Thomas Seebeck 的发现。该团队还将 Mahmoud Hussein 的发现纳入了他的热电转换研究中。
研究人员在 国家标准与技术研究所 美国国家标准与技术研究院设计了一种新型装置，如果完美的话，可以成功地将热量转化为电能。这项技术具有 回收废热能的潜力 在美国，估计每年浪费的金额高达约 100 亿美元。
克里斯·伯特内斯NIST 的研究员和她的团队发明了这项技术。它涉及在硅晶片顶部沉积数千个氮化镓微柱。随后将硅从晶片的底面上逐层剥离，直到只剩下薄片。由于柱子和硅片之间的相互作用，更多的热量可能会转化为电流，这 减缓热量 材料中的转移。
一旦制造工艺得到发展，硅片就可能被包裹在蒸汽或排气管上，将热量转化为电能，为附近的设备供电或输送到电网。冷却计算机芯片将是另一个可能的潜在用途。
德国物理学家 托马斯·塞贝克 是第一个注意到这种奇特现象的人，并以此为 NIST-科罗拉多大学研究的基础。早在 1820 世纪 XNUMX 年代，塞贝克就开始研究由两根不同成分的金属线组成的环路，这两根金属线两端相连。他注意到，随着连接金属线的两个接头的温度变化，附近的指南针指针会偏转。
其他研究人员发现两个区域之间的温差产生了电压 并产生电流，导致偏转。电流产生的磁场使罗盘针重新定向。
此 塞贝克效应理论上，将热能转化为电能可能是重新利用热能的最佳方法，否则这些热能将被浪费。但有一个重大障碍。
为了保持温差，材料应具有低热导率和高电导率，以产生大量电能。然而，大多数材料既具有电导率又具有热导率；电导体不良，热导率也不良，反之亦然。
马哈茂德·侯赛因 科罗拉多大学的研究人员在研究热电转换物理时发现，这些特性可以在覆盖纳米柱的薄膜中分离出来。纳米柱是长度不超过几百万分之一米的材料柱，大约是人类头发厚度的十分之一。他的发现启发了团队和伯特内斯研究这项技术。
在纳米柱的帮助下，Bertness、Hussein 和他们的同事们成功 将硅片的热导率与电导率分离.这对任何材料来说都是第一次，也是实现高效热能到电能转换的重要一步。
在不影响电导率和不改变塞贝克效应的情况下，研究人员成功将硅片的热导率降低了 21%。
另请参阅： 什么是外部半导体？
在硅和其他材料中，原子被键结合在一起，无法自由移动来传导热量。因此，热能的移动表现为移动的声子，即集体原子的振动。硅片和氮化镓纳米柱都携带声子；然而，纳米柱内的声子是驻波，两端被微小柱壁固定住。
这种相互作用 声子 振动会减慢声子的传播速度，使热量更难通过材料。结果，导热性降低，两端温差增大。在这期间，硅片的电导率没有变化。
目前，该团队正在研究纯硅结构，并采用更好的热电热回收几何结构。他们希望展示出将热量转化为电能的高效率。转换率确保该技术在行业中具有经济可行性。
来源: NIST 新闻稿
