新型低温热电材料可用于冷却电子设备和过热容易

浏阳历史网 2021-06-04 17:25:31

新型低温热电材料可用于冷却电子设备和过热车辆

作者：University of Houston

今年夏天你的方向盘太热了吗？《科学》杂志上报道的一种新的热电材料可以提供缓解。

直接将电能转换成热能用于冷却和加热的热电装置的广泛采用，部分原因是缺乏在室温下既便宜又高效的材料。

现在，休斯顿大学和麻省理工学院的研究人员报告发现了一种新材料，这种新材料在室温下工作效率高，而且几乎不需要昂贵的碲，碲是目前最先进的材料的主要成分。

7月18日，星期四，科学杂志在上发表的一篇论文中描述了这项工作，该论文的通讯作者、德州大学超导中心主任任志峰说，这项工作在防止电子设备、车辆和其他部件过热方面具有潜在的应用前景。他也是安德森物理博士。

“我们已经生产出一种新材料，这种材料价格低廉，但性能仍然与传统的、更昂贵的材料差不多，”任说。研究人员说，未来的研究可以缩小他们的新材料和传统材料（一种铋碲基合金）之间的细微性能差距。

热电材料的工作原理是利用热流从较热的区域流向较冷的区域，热电冷却模块根据珀尔贴效应（描述了两个电接点之间的热传递）工作。

热电材料也可用于将发电厂、汽车排气管和其他来源的废热转化为电能，据报道，这种应用需要材料在更高的温度下工作。

热电制冷模块面临着巨大的挑战，它们必须在较低的温度下工作，其中热电性能系数（ZT）较低，因为它取决于温度。性能指标是用来确定热电材料工作效率的指标。

尽管存在挑战，热电冷却模块至少目前还提供了更多的商业潜力，部分原因是它们可以在较低的温度下长期运行；热电发电因其运行的高温而变得复杂，包括氧化和热不稳定性。

热电制冷市场正在增长。研究人员写道，2018年全球热电组件市场价值约6亿美元，预计到2027年将达到约17亿美元。

铋碲合金被认为是几十年来最好的热冷却材料，但研究人员说，碲的高成本限制了广泛使用。这篇论文的第一作者、UH的博士后研究员毛军（音译）说，最近成本有所下降，但仍在50美元/千克左右。相比之下，新材料的主要成分镁的价格约6美元/千克。

除了任和毛之外，论文的其他作者还包括：朱航天、刘紫航和Geethal Amila Gamage，所有UH的物理系和超导中心的研究人员，以及麻省理工学院机械工程系的丁志伟和陈刚。

他们报告说，这种新材料由镁和铋组成，以带负电荷的形式产生，称为N型，其效率几乎与传统的碲铋材料相同。他们说，这一点，再加上较低的成本，应该会扩大热电模块的冷却用途。

为了使用这种新材料制造热电模块，研究人员将其与传统铋碲合金的正电荷承载（P型）结合起来。毛说，这使得他们只使用了目前大多数模块一半的碲。

小明是常州市某初中的一名学生。去年9月他说，因为材料成本约占设备成本的三分之一，所以可以节省下来更多成本。

研究人员称，与大多数纳米结构材料相比，这种新材料更能成功地保持电接触。