大破效率纪录,你的体温就能发电!温差发电迎重大进展,便携智能设备有望告别电池( 七 )

因此 , 热电材料的研究 , 其关键就是如何提高材料的 ZT 值 , 也就是在实现高的塞贝克系数和电导率的同时 , 获得低的热导率 。

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然而 , 要想同时优化这三个参数 , 是一件十分困难的事情 。 因为这三种性质是相互关联的 , 提升一种性质 , 往往伴随着另一种、甚至两种性质的指标出现削弱 。 例如 , 一般情况下 , 提升材料的塞贝克系数 , 就会降低其电导率 。 这种三个参数之间相互关联的性质 , 这使得热电材料的研发一直进展缓慢 。

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图 | 不同种类热电材料 ZT 值的发展历程 , 横坐标为年份 , 纵坐标为 ZT 值 。 可以看出 , 经过多年的发展 , 热电材料的 ZT 值一直难以突破 3 的大关 。 (来源:HeTritt 2017)

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提升 ZT 值的关键

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然而 , 三种参数“一损俱损、一荣俱荣”的这种关系 , 也不是完全绝对的 。 这个“利益共同体”也有一个“叛徒”——热导率 。 更准确地说 , 是热导率的一部分 。

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材料的热导率包括两个部分 , 分别是电子热导率和声子热导率 。 其中 , 前者与电导率息息相关 , 是“利益共同体”的一分子 。 但声子热导率 , 却是决定热电材料性质的各种参数中 , 唯一一个对 ZT 值里其它所有的参数都没有影响的参数 。

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