蓋世汽車訊 美國宇航局的2020火星探測器Perseverance由地球上一種非常需要的東西——熱電裝置提供動力，該裝置能夠將熱量轉換成有用的電力。在火星上，熱源是钚的放射性衰變，而且熱電裝置的轉換效率為4%至5%，足以為Perseverance及其運行提供動力，但是還足以讓其在地球上得到應用。

據外媒報道，美國西北大學（Northwestern University）和韓國首爾國立大學（Seoul National University）的一組科學家展示了一種高性能熱電材料，可實際用于研發熱電裝置。該材料是一種多晶形式的提純硒化錫，在將熱量轉換為電力方面由于單晶形式的材料，因而成為有史以來效率最高的熱電系統。在早期研究中，研究人員發現并解決了導致性能下降的氧化問題，從而實現了高轉換率。

顆粒形式的提純硒化錫（圖片來源：西北大學）

多晶硒化錫可被用于研發各種工業用的固態熱電裝置，能夠具備很大的節能優勢。其中一個關鍵應用目標是收集工業廢熱，如發電廠、汽車工業、玻璃廠和磚廠的廢熱，并將其轉換成電力。目前，全球65%以上由化石燃料產生的能量都以廢熱的形式被損失掉了。

西北大學專攻新材料設計的化學家Mercouri Kanatzidis表示：“目前，熱電裝置已經投入使用，但是僅限于小眾市場，例如用于火星探測器。此類裝置還沒有像太陽能電池一樣流行起來，而且要制造出好的裝置還面臨著重大挑戰。我們正專注于研發一種低成本、高性能的材料，以推動熱電裝置能夠得到更廣泛的應用。”

Kanatzidis表示，熱電裝置已經得到了認可，但是它們是否能夠良好工作取決于內部的熱電材料。此種設備的一邊是熱的，另一邊是冷的，熱電材料位于中間；熱量會通過該材料，有些熱量會轉變為電力，通過電線離開設備。

熱電材料需要具有極低的導熱性，同時保持良好的導電性，以有效地進行余熱轉換。由于熱源的溫度可高達400至500攝氏度，此種材料需要再極其高的溫度下也保持穩定。此類挑戰以及其他挑戰導致熱電材料比太陽能電池更難以生產。

2014年，Kanatzidis及其團隊報告發現了一種令人驚奇的材料，而且是全球最好的能夠將熱量轉換成有用電力的材料：化學化合物硒化錫的晶體形式。雖然這是一項重要的發現，由于單晶體很脆弱且具片狀，還是不適合大規模生產。

不過，多晶形式的硒化錫更強大，還可以切割和塑形，以用于不同應用。因此，研究人員轉而研究此種形式的材料。出于意料的是，他們發現此種材料的熱導率很高，不像單晶體形式的硒化錫那么低。

經過進一步檢查，研究人員發現在此種材料上有一層氧化錫皮。熱量流過該氧化錫皮時，會增加熱導性，不合熱電裝置的需求。

韓國研究小組在了解到氧化過程本身以及原料都會有氧化作用后，發現了一種去除氧氣的方法。然后，研究人員可以制造不含氧的硒化錫顆粒，并對其進行測試。

測量了多晶形式硒化錫的真實熱導率后，發現比原先預期的要低。作為熱電裝置的一個性能（即將熱量轉換成電力），超越了單晶形式的硒化錫，而且也是有記錄以來效率最高的材料。

熱電學中廢熱轉換的效率由“品質因數”表示，即ZT值（熱電優值）。該數字越大，轉換效率越高。此前發現的單晶形式硒化錫的ZT值在913開爾文（熱力學溫度單位）時大約為2.2至2.6。在新研究中，研究人員發現多晶體提純硒化錫的ZT值在783開爾文時約為3.1，其熱導率超低，低于單晶體材料。

西北大學擁有該硒化錫材料的知識產權，此種熱電材料的潛在應用領域包括汽車工業（從汽車排氣管中排出的大量廢熱）、重工業（如玻璃廠和磚廠、煉油廠、燃煤和燃氣發電廠）以及需要不斷運行大型內燃機的地方（如大型船舶和油輪）。

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