塔拉哈西,佛罗里达州。——被其他科学家忽略的领域进行探索,物理学家在全国MagLab已经发现,一种叫“1-2-20s”的材料(one-two-twenties)非爱游戏提现客服常有前途的热电性质。找到打开闸门为进一步研究这些迷人的材料,提供科学家丰富的移动部件,可以交换来提高他们的效率。该研究发表在今天科学的进步。
热电设备可以发电如果有两端之间的温差。他们也可以做的刚好相反:用电吸收或释放的热量。这个属性有很多实际和潜在的应用,从compressor-free制冷在太空发电收回所有的能量浪费了汽车发动机(大约40%),通过热量逃离。
说:“这不是自由能MagLab物理学家瑞恩·鲍姆巴赫,相应的作者,“但这是下一个最好的。”
大多数材料有很少的热电效应。因为电力的传输在物质和热量的传递通常齐头并进。有很好的热电,这两个属性需要解耦。你想鼓励电子对当前的运动,同时抑制热传输,因为热梯度需要保存维护电力流动。
一般来说,自然希望保持热量和导电性联系在一起。但是大约两年前,皇后”表明,岩石,MagLab的杰克乌鸦博士后和成员皇后”的研究小组研究“1-2-20”材料,热电似乎是一个很不错的人选。
具体材料皇后”提出了“1-2-20”比三个基本成分:镱的元素;一个过渡金属(钴、铑或铱);和锌元素。皇后有预感这个化合物有需要什么,如果操作得当在他的实验室里,拇指的鼻子从导热导热性质和分离。他建议魏首先梳理科学文献,看看其他科学家了解之前推出她的调查。
但是,他们的惊讶和高兴的是,魏发现几乎没有。
“我完全困惑,没人看着他们,”皇后说。“这似乎很明显。”
所以魏有开裂。使用高温熔炉在皇后的实验室,她合成晶体形式的化合物和测量样品进行了挑战。结果证实,在低温下,实际上是一个有前途的热电材料。宾果。
那么是时候开始在看什么他们能发现的变量。“不同成分促进截然不同的物理性质,”解释,论文的主要作者。
建设一个更好的热电
研究人员想做一个材料尽可能热电的优化,属性代表一个参数称为热电品质因数(或ZT型)。要做到这一点,他们需要调整他们的水晶:1。最大化其导电性;2。减少它的导热系数;和3。开发一个大型电压小的温度梯度时(即。,当一端比另一个稍微温暖),一个属性的值称为塞贝克系数。
第一个目标是最简单的:材料已经是良好的导体在很大程度上由于锌和过渡金属。
类的材料被称为“1-2-20s”功能在“1-2-20”三个基本成分比例。
图片来源:卡罗琳McNiel
另一个目标是更复杂的。实现第二个,科学家们需要破坏的声子主要负责携带热量。声子的振动传播通过材料的三维原子晶格:这样,能量被原子吸收脉动,原子原子,在整个材料。
幸运的是,内在结构的1-2-20材料抛出大量声子路障。
每个单元的“20”部分细胞晶体魏是钻进了一个笼形的装置结构包括20个锌原子一个足够大的笼子里的“1”单胞的一部分,一个镱原子。就像一个不守规矩的刑事及酒吧的监狱,重,密度镱原子摇铃在笼子里,创建量子混乱。格格作响,妨碍了通过材料声子的散热能力,创建一个大规模的声子交通堵塞。水晶的非常大的单位细胞支持这种效果。这有点像干扰与目的正确的粘土鸽子子弹的轨迹:声子是分散在四面八方。
另一个重要因素是借镱的复合热电的成功。它包含一种电子称其为“f电子。“没有太量子力学,f电子倾向于保持足够接近原子核保持磁性格。然而,在镱和其他一些特殊情况,f电子也表现得像一个试探性的蹒跚学步的遇见一个新的人:他们紧紧地握住摇摆核妈妈和冒险向邻近的原子。
“镱f电子是特殊的,因为他们之间有一个二元性局部和非定域化的,”皇后解释道。“这有助于占材料的塞贝克系数大。”
下一个步骤
现在他们发现和更好的理解这对热电配方,皇后和魏进一步探索。的ZT型的化合物测试值峰值在非常低的温度——大约-400华氏度或-240摄氏度。这将是有用的在空间或其他低收入温度应用程序。但1-2-20s试验的具体成分,科学家们说,他们可以达到不同的结果。
“有很多化合物的化学变异为1-2-20的家庭,“魏说。“不仅仅是你将改变一个元素或另一个的100%,但是你可以做化学替换。我们的希望是,在这样做,我们就能移动的温度ZT型值高峰和找到材料不同的应用程序。”
他们最近还发现,把他们在MagLab的化合物轨迹磁铁增加了ZT型很快,结果他们计划出版。
虽然满意他们的成功,皇后和魏似乎更兴奋地开辟了一个全新的蠕虫与科学吸引成群的其他研究人员。人越多,越好玩。
“这些家伙只是几个例子的一个非常大的家庭的材料,”皇后说。“我们认为这将刺激很多兴趣团体之外的自己。”
故事由克里斯汀科因
