塞贝克对热能的biolog碳源相对利用率率大概是多少？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-07-24 07:54 标签： 热能利用率
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研究人员查明塞贝克效应的起源
来源：日经BP社&&
更新时间： 09:37:22
　　东京大学、名古屋大学、大阪大学等组成的研究小组于日宣布，查明了以铁为主要成分的化合物&FeSb2&在极低温下表现的巨大热电效应（塞贝克效应）的起源。为开发在极低温下工作的高性能珀尔帖式致冷器指出了新的设计方针。
　　热电转换材料的用途包括利用废热发电、不使用氟利昂气体的冷冻装置&&珀尔帖式致冷器等。含铋化合物是大家比较熟悉的一种可在接近室温的温度下工作的热电转换材料，主要用于红酒柜等。另一方面，实现超导线性等所需的极低温的热电转换元件至今尚未投入实用。有研究表明，在-260℃的极低温下，铁化合物FeSb2的巨大热电效应是含铋热电材料的100倍以上，作为在极低温下工作的热电材料，成为了关注的焦点。但是，由于不清楚产生巨大热电效应的起源，科研人员一直找不到进一步提高热电性能的设计方针。
　　此次，研究人员使用5种不同尺寸（截面积）的FeSb2超高纯度单晶体（0.08mm～0.27mm），测量了电阻率、塞贝克系数和导热率。结果发现，随着晶体尺寸变大，导热率和塞贝克系数增大，最大的晶体的导热率达到770W/mK，塞贝克系数达到-27mV/K。根据导热率和塞贝克系数的尺寸依赖性，研究人员确认传输热量的声子在晶界发生了散射，并且发现，声子具有借助电子-声子的相互作用，从高温向低温移动的性质，巨大的塞贝克系数是在声子借助这一性质传输电子的声子拖曳效应的作用下产生的。
　　回旋共振实验的结果表明，电子的有效质量比自由电子的质量大5倍左右，声子运输有效质量大的电子，会使塞贝克系数增大。上述研究证明，FeSb2表现出的巨大的塞贝克系数和功率因数，源自在晶界发生散射、平均自由程较长的声子与有效质量大的电子之间的相互作用。
　　此次研究还发现，电子-声子相互作用产生的声子拖曳效应的无量纲优值系数与声子的平均自由程和电子的有效质量成正比。这个结果意味着，利用电子与声子的相互作用可以提高无量纲优值系数。通过选用电子有效质量较大的材料，可以实现能够投入实用的热电转换效率，应用于组合使用极低温珀尔帖元件和超导材料的新产品。
　　相关研究成果已于日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。（特约撰稿人：工藤宗介）
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塞贝克效应放大千倍 推动新型热电机研究
　　中国科技网讯 热电循环需通过“塞贝克效应”来产生热，据物理学家组织网7月11日报道，俄亥俄大学找到了一种新方法，能将“自旋塞贝克效应”放大1000倍，将其向实际应用推进了一大步。该研究有助于热电循环的实现，从而最终有望开发出新型热电发动机，还可用于计算机制冷。相关论文发表在本周出版的《自然》杂志上。
　　热电循环是电子设备循环利用自身产生的部分废热，将废热转化成电。根据“塞贝克效应”，当导体被放在一个温度梯度中时，会产生电压使热能转变为电能。而2008年日本发现了“自旋塞贝克效应”，即在磁性材料中，自旋电子会产生电流使材料接点产生电压。这以后，许多科学家都在试图利用自旋电子学来研发读写数据的新型电子设备，以便在更少空间、更低能耗的条件下更安全地存储更多数据。但这种“自旋塞贝克效应”产生的电压一般非常小。
　　目前新方法是将此效应放大为“巨自旋塞贝克效应”。研究人员利用锑化铟及其他元素掺杂制成所需材料，并将温度降低到零下253℃至零下271℃附近，外加3特斯拉磁场。当他们将材料一面加热使其升高1℃时，在另一面检测到电压为8毫伏，得到比以往的5微伏高三个数量级的电流，是迄今为止通过标准“自旋塞贝克效应”产生的最高电压，且功率提高了近百万倍。
　　俄亥俄大学物理学与机械工程教授约瑟夫?海尔曼斯说，科学家认为热是由振动量子所组成，他们能在半导体内部引发强大的振动量子流，在流过材料时撞击电子使电子向前运动。而由于材料中原子使电子自旋，电子最终就像枪管中的子弹那样旋转前进。
　　以往人们只在磁性半导体和金属中发现过“自旋塞贝克效应”，而此次“成功的关键是选择材料，”该校材料科学与工程夫教授罗伯托?梅尔斯说，但由于材料是非磁性的，还需要外加电场和低温环境，这是实验的不足之处，他们还在进一步研究其他材料。
　　海尔曼斯表示，其最终目标是开发出一种低成本高效率将热转化为电能的固态发动机。这些发动机没有运动部分，不会磨损，可靠性几乎是无限的。“这是真正的新一代热电发动机。17世纪我们有了蒸汽机，18世纪有了燃气机，19世纪有了第一个热电材料，而现在我们正要用磁来做同样的事。”
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