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美大学研发新型低成本热电材料 可为夏季汽车零部件降温
来源:技术质量管理部 日期:2019-09-16 访问次数: 字号:[ ]

据外媒报道,夏季来临,汽车方向盘变得滚烫下不去手,但是新型热电材料却可解决该问题。由于缺乏能够在室温下保持高效,同时价格便宜的材料,可以直接将电能转化成热能,以实现冷却和加热功能的热电设备的普及受到了阻碍。 

但是,现在,美国休斯敦大学(the University of Houston)和麻省理工学院(the Massachusetts Institute of Technology)的研究人员报告表示,他们发现了一种新材料,该材料在室温下的工作效率很高,而且几乎无需价格昂贵的碲(碲是目前最先进材料中的主要成分)。

该研究的研究人员表示,该材料能够帮助防止电子设备、车辆和其他零部件过热。此外,该材料非常便宜,但是性能却与传统的、更昂贵的材料一样好,未来研究人员将致力于缩小该材料与传统材料(铋碲合金)间细微的性能差距。

热电材料的工作原理是,利用从较热区域流向较冷区域的热流,而热电冷却模块将根据珀尔帖效应(Peltier effect)工作,该效应描述了两个不同导体接头处随着电流方向的不同,会分别出现吸热和放热现象。

此外,热电材料还可用于将发电厂、汽车排气管和其他来源的余热转化成电能。而且据报道,许多新材料用于此类应用,而此类应用要求材料能够在更高的温度下工作。

因为热电冷却模块必须在温度更低的环境中工作,在此类环境中,该热电模块的热电转换优值系数ZT值比较低(该系数取决于温度),因而热电冷却模块造成了一个巨大的挑战。优值系数ZT值是衡量热电材料工作效率的一个指标,热电材料的ZT值越高越好。

尽管面临挑战,至少到目前为止,此类热电冷却模块还具备很大的商业潜力,部分原因在于他们能够在更低的温度下长时间工作,而热电在发电时由于高温(氧化和热不稳定性)会变得很复杂。

热电冷却市场正在不断增长,据研究人员所说,2018年全球热电模块市值约为6亿美元,预计到2027年将达约17亿美元。

数十年来,铋碲合金一直被认为是性能最好的热冷却材料,但是研究人员表示,高成本的碲限制了该材料的广泛应用。虽然最近碲的成本有所下降,但是仍是每公斤50美元左右。相比之下,研究人员研发的新材料主要成分是镁,而镁的价格约为每公斤6美元。

研究人员表示,此新材料由镁和铋制成,以带负电荷(n型)的形式而创造出来,与传统的铋碲材料的效率一样。此外,该材料的成本较低,可能会扩大热电模块用于冷却应用。

为了利用该新材料制成热电模块,研究人员将其与传统铋碲合金中的正电荷载流子结合,因而只需要用到目前大多数模块中一半的碲,由于材料的成本大约是该设备成本的三分之一,因而能够节省大量成本。此外,该新材料与大多数纳米结构材料相比时,具备更好的电接触能力。

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