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科學家研究發(fā)現(xiàn)新型籠形包合物具有極強熱電性能-發(fā)表在最近的nature materials上
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籠形包合物是指擁有很多微小的籠狀結(jié)構并能將單個原子“關”在其中的晶體，這些原子能夠顯著改變晶體的材料特性。據(jù)物理學家組織網(wǎng)9月22日報道，奧地利維也納技術大學的科學家通過將鈰原子捕獲在籠形包合物中，創(chuàng)建出一種具有極強熱電性能的新材料，可用于將廢熱轉(zhuǎn)化為電能。 當工業(yè)機器在運轉(zhuǎn)過程中變熱時，會散失大量熱能，造成周圍環(huán)境溫度不必要的上升。而這些浪費掉的熱能是可以通過熱電材料加以部分利用的：熱電材料將熱的物體與冷的物體橋接在一起，就能產(chǎn)生電流。維也納技術大學的研究團隊采用了一種復雜的晶體生長方法，借助一個鏡子結(jié)晶爐，將單個鈰原子“關”進了由鋇、硅和金制成的“籠子”中，獲得了一種新型的籠形包合物。他們發(fā)現(xiàn)，被困的鈰原子不停地撞擊“籠子”，而這似乎賦予了新材料優(yōu)良的熱電性能。 該團隊利用這種籠形包合物將熱的物體與冷的物體相連接，對其熱電性能進行了測試。“材料中電子的熱運動取決于溫度�！本S也納技術大學教授西爾克·布勒-帕邢解釋說，“溫度高的一側(cè)的熱運動比溫度低的一側(cè)要多，所以電子會向低溫區(qū)域擴散，由此在熱電材料的兩邊產(chǎn)生電壓�！睂嶒灲Y(jié)果表明，鈰原子將材料的熱電勢增加了50%，這意味著可以獲得更高的電壓。此外，這種籠形包合物的熱導率很低，這也是一個很重要的特性，因為一旦溫差不存在，電壓也就無法保持。 布勒-帕邢認為，新材料顯示出的良好熱電特性似乎與所謂的康多效應（電子被束縛在半導體材料的磁性雜質(zhì)周圍時，被迫改變其自旋的現(xiàn)象）有關，鈰原子中電子與晶體中的原子存在量子力學相關性。事實上，康多效應已知產(chǎn)生于接近絕對零度的低溫物理學，但令人驚訝的是，在這種新型籠形包合物中，量子力學相關性也發(fā)揮了重要作用，而溫度甚至高達幾百攝氏度。布勒-帕邢說，這是他們觀察到的世界上溫度最高的康多效應。 研究團隊目前準備嘗試利用不同種類的籠形包合物來達到同樣的效果。他們希望用銅等其他金屬來取代昂貴的金，以使材料更具商業(yè)潛力。而鈰也可以用一種由多個稀土類元素構成的更便宜的混合物替代。如此設計的籠形包合物未來有望應用于將工業(yè)余熱轉(zhuǎn)化為寶貴的電能。 來源于http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/9/282842.shtm QQ截圖20130924183710.jpg |
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