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俄羅斯研發(fā)出熱電轉(zhuǎn)換新材料
俄羅斯國(guó)家研究型大學(xué)“莫斯科鋼鐵學(xué)院”能效中心研發(fā)出熱電轉(zhuǎn)換新型材料，由于材料具有非常高的品質(zhì)因數(shù)，可作航天器長(zhǎng)期供電用電池。此項(xiàng)成果發(fā)表在 Journal of Materials Chemistry A科學(xué)雜志上。
在原理上，所研發(fā)的熱電轉(zhuǎn)換材料是由兩類具有不同性能的原子組成，嚴(yán)格固定在晶體晶格節(jié)點(diǎn)上原子和自由震蕩原子。其中，固定原子保證材料的高導(dǎo)電率，震蕩原子與晶格之間的結(jié)合鍵能弱，具有散熱性，可大大降低材料的導(dǎo)熱性。在材料學(xué)上，所制備的材料為金屬間化合物（兩種或兩種以上金屬的化合物），其晶格結(jié)構(gòu)上具有空穴，在不破壞晶格結(jié)構(gòu)的前提下采用“做客”原子填充空穴，可獲得不同材料之間的性能“搭配”。如果材料的導(dǎo)電性高，且導(dǎo)熱性弱，材料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)——熱電品質(zhì)因數(shù)（熱電轉(zhuǎn)換效果）則高。
莫斯科鋼鐵學(xué)院能效中心所選用的原料為方鈷礦材料，其成分為銻與鈷的金屬間化合物（CoSb3），當(dāng)表面溫度差達(dá)到400-500℃時(shí)，所研發(fā)材料的品質(zhì)因數(shù)最大，達(dá)到1.4（作為參考，已知的熱電轉(zhuǎn)換材料碲化鉍，當(dāng)溫度差為100-150℃時(shí)其品質(zhì)因子達(dá)到最大，為1.2）。
為在銻-鈷金屬系中獲得更高的品質(zhì)因數(shù)，該中心嘗試了多種技術(shù)方案，例如采用稀土元素（例如鐿元素）作為雜質(zhì)成分對(duì)材料進(jìn)行雜化處理，及采用兩種或兩種以上的金屬進(jìn)行合成，曾采用三種金屬元素合成出品質(zhì)因數(shù)為1.8的材料。另外，改變金屬成份的配比及采用銦作為雜化成份，可在短時(shí)間內(nèi)（不超過(guò)2分鐘）合成出相應(yīng)材料，再進(jìn)行5小時(shí)退火后所獲得材料得到的品質(zhì)因數(shù)指標(biāo)非常高。該技術(shù)方案具有成本低的優(yōu)勢(shì)，且其品質(zhì)因數(shù)高（可達(dá)1.5），創(chuàng)造了以銦作為雜化成份的銻-鈷金屬系熱電轉(zhuǎn)換指標(biāo)的記錄。
熱能可直接轉(zhuǎn)換成電能這種現(xiàn)象是由德國(guó)物理學(xué)家托馬斯·塞貝克于1821年發(fā)現(xiàn)的，但塞貝克效應(yīng)至今未能得到工業(yè)化應(yīng)用，科研人員一直試圖研發(fā)熱電直接轉(zhuǎn)換材料，但所有的嘗試均處于實(shí)驗(yàn)室階段。
熱電轉(zhuǎn)換材料在航天領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，以核裂變作為熱源的熱電轉(zhuǎn)換裝置安裝在卡西尼號(hào)（Cassin）、新視野號(hào)（New Horizons）航天器及好奇號(hào)（Curiosity）火星探測(cè)器上。
