材料热电-热电冷却模块必须在温度更低的环境中工作-明星八卦新闻

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蓋世汽車訊 據外媒報道,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。由於缺乏能夠在室溫下保持高效,同時價格便宜的材料,可以直接將電能轉化成熱能,以實現冷卻和加熱功能的熱電設備的普及受到了阻礙。

熱電冷卻市場正在不斷增長,據研究人員所說,2018年全球熱電模塊市值約為6億美元,預計到2027年將達約17億美元。

儘管面臨挑戰,至少到目前為止,此類熱電冷卻模塊還具備很大的商業潛力,部分原因在於他們能夠在更低的溫度下長時間工作,而熱電在發電時由於高溫(氧化和熱不穩定性)會變得很複雜。

此外,熱電材料還可用於將發電廠、汽車排氣管和其他來源的餘熱轉化成電能。而且據報道,許多新材料用於此類應用,而此類應用要求材料能夠在更高的溫度下工作。

數十年來,鉍碲合金一直被認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,研究人員研發的新材料主要成分是鎂,而鎂的價格約為每公斤6美元。

(圖片來源:休斯敦大學官網)但是,現在,美國休斯敦大學(the University of Houston)和麻省理工學院(the Massachusetts Institute of Technology)的研究人員報告表示,他們發現了一種新材料,該材料在室溫下的工作效率很高,而且幾乎無需價格昂貴的碲(碲是目前最先進材料中的主要成分)。

為了利用該新材料製成熱電模塊,研究人員將其與傳統鉍碲合金中的正電荷載流子結合,因而只需要用到目前大多數模塊中一半的碲,由於材料的成本大約是該設備成本的三分之一,因而能夠節省大量成本。此外,該新材料與大多數納米結構材料相比時,具備更好的電接觸能力。

該研究的研究人員表示,該材料能夠幫助防止電子設備、車輛和其他零部件過熱。此外,該材料非常便宜,但是性能卻與傳統的、更昂貴的材料一樣好,未來研究人員將致力於縮小該材料與傳統材料(鉍碲合金)間細微的性能差距。

熱電材料的工作原理是,利用從較熱區域流向較冷區域的熱流,而熱電冷卻模塊將根據珀爾帖效應(Peltier effect)工作,該效應描述了兩個不同導體接頭處隨着電流方向的不同,會分別出現吸熱和放熱現象。

因為熱電冷卻模塊必須在溫度更低的環境中工作,在此類環境中,該熱電模塊的熱電轉換優值係數ZT值比較低(該係數取決於溫度),因而熱電冷卻模塊造成了一個巨大的挑戰。優值係數ZT值是衡量熱電材料工作效率的一個指標,熱電材料的ZT值越高越好。

研究人員表示,此新材料由鎂和鉍製成,以帶負電荷(n型)的形式而創造出來,與傳統的鉍碲材料的效率一樣。此外,該材料的成本較低,可能會擴大熱電模塊用於冷卻應用。

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