熱電材料通過材料熱端和冷端的溫差發電,現有材料其轉換效能的指標——熱電優值(ZT)一般在2.5~2.8左右。維也納科技大學(Vienna University of Technology)發明的一種新材料,熱電優值可達5~6。

由於熱電材料的發電原理,要求這樣的材料一方面具有很好的導電性,另一方面傳熱性能要儘可能差。維也納科技大學的鮑爾(Ernst Bauer)說:「這是個挑戰,因為導電性和導熱性是緊密相關的。」

他們在矽晶體材料上加上由鐵、釩、鎢和鋁構成的薄層,實現了熱電材料性能的突破。這份研究近期登上了《自然》(Nature)雜誌。

鮑爾介紹說,這種材料內部每種類型的原子,彼此間距離都是一樣的,以立方體點陣式結構排列,形成一種相當規則的結構。然而將這種材料的薄層附加到矽晶體材料上後,發生了奇妙的效果。

儘管每種原子的結構仍是立方體排列,但是不同類型原子的分佈呈隨機的不規則形態。

這種規則和不規則的混合,使得材料的電阻很小,也就是導電性能很好;然而其不規則的晶格結構,阻礙了熱力的傳播。

鮑爾說,這樣的薄層的發電材料很節省空間,也很靈活,很適合作為感應器、小型電子設備的電源,將在「物聯網」技術中有很大用處。

「如果一個工廠需要大量感應器連接在一起(物聯網的簡單例子),將它們全部用電線連起來統一供電不現實。最好是這些感應器都自帶小巧的熱電發電設備。」◇