新材料打破了将热能转化为电能的世界纪录

一种新型材料可以根据温度差异非常有效地产生电流。这使传感器和小型处理器可以无线地为其自身提供能量。

热电材料可以将热量转化为电能。这是由于所谓的塞贝克效应造成的：如果这种材料的两端之间存在温差，则可能会产生电压并且电流会开始流动。在给定的温度差下可以产生的电能的数量由所谓的ZT值来衡量：材料的ZT值越高，其热电性能越好。

迄今为止，最好的热电器件的ZT值约为2.5至2.8。维也纳维也纳大学的科学家现在已经成功开发出ZT值为5到6的全新材料。它是硅，铁，钒，钨和铝的薄层。

这种新材料非常有效，可以用来为传感器甚至小型计算机处理器提供能量。与其将小型电气设备连接至电缆，它们还可以通过温差产生自己的电能。现在，新材料已经发表在《自然》杂志上。

电力和温度

维也纳大学固体物理研究所的恩斯特·鲍尔教授说：“一种好的热电材料必须表现出很强的塞贝克效应，并且必须满足两个难以调和的重要要求。” “一方面，它应该尽可能地导电;另一方面，它应该传输的热量尽可能少。这是一个挑战，因为电导率和导热率通常密切相关。”

恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)于2013年在维也纳工业大学建立的基督教多普勒热电实验室在过去几年中研究了用于不同应用的不同热电材料。现在，这项研究导致发现了一种特别出色的材料-铁，钒，钨和铝的组合。

恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)说：“这种材料中的原子通常以严格规则的方式排列在所谓的面心立方晶格中。” “两个铁原子之间的距离总是相同的，其他类型的原子也是如此。因此整个晶体是完全规则的。”

但是，当将一层薄薄的材料涂覆到硅上时，会发生一些令人惊讶的事情：结构发生了根本性的变化。尽管原子仍然形成立方图案，但它们现在以空间为中心的结构排列，并且不同类型原子的分布变得完全随机。鲍尔解释说：“两个铁原子可能彼此相邻放置，它们旁边的位置可能被钒或铝占据，不再有任何规则规定在晶体中发现下一个铁原子的位置。”

原子排列的规则性和不规则性的混合也改变了电子结构，这决定了电子在固体中的移动方式。恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)说：“电荷以一种特殊的方式在材料中移动，因此可以防止其受到散射过程的影响。穿过材料的电荷部分被称为韦尔费米子。” 这样，获得了非常低的电阻。

另一方面，晶格振动将热量从高温的地方传递到低温的地方，受到晶体结构不规则性的抑制。因此，热导率降低。如果要通过温差永久性地产生电能，这很重要-因为如果温差可以很快达到平衡，并且整个材料很快在任何地方都具有相同的温度，则热电效应将停滞不前。

物联网用电

“当然，这样的薄层不能产生特别多的能量，但是它具有非常紧凑和适应性强的优点，”恩斯特·鲍尔(Ernst Bauer)说。“我们想用它为传感器和小型电子应用提供能量。” 对这种小型发电机的需求正在迅速增长：在“物联网”中，越来越多的设备在线链接在一起，以便它们彼此之间自动协调其行为。这对于将来的生产工厂特别有希望，因为一台机器必须对另一台机器做出动态反应。

鲍尔说：“如果工厂需要大量传感器，则无法将所有传感器都连接在一起。传感器能够使用小型热电设备产生自己的电能要聪明得多。”