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实验室内。
穿戴着全覆式防护服的黄修远,在调整纳米线纺织机的线角度。
经过一次次调整,他编织出一块纳米布,则是一直由磷纳米线、硫纳米线编织而成的产物。
具体由两层组成,一层是以特定角度编织的三线交叉磷纳米线网,一层是厚度15纳米的硫纳米线网。
然后表面通过离子沉积,将一层氧化铝覆盖上去,形成一层致密的外壳。
看起来是一块平平无奇的氧化铝板子,实际上却内有乾坤。
他将复合板材处理后,交割一旁的助手:“张伟,拿去进行电热值测试。”
一旁的大众脸张伟,小心翼翼的接过复合板材,送到实验室的材料物化检测室内,开始进行全面的检测。
黄修远跟着来到检测室内。
随着几个研究员对复合板材,展开进行一系列的检测,研究热电材料出身的研究员乔青石想说话,却发现自己舌头仿佛打结了一般。
因为眼前这块复合板材的热电优值,超出了他们的意料之中。
所谓的热电优值,就是材料的热电转化效率,符号是ZT,目前材料学界发现的热电材料中,热电优值最高的大概在6左右,这是只能在实验室中微量制备的材料。
在乔青石和张伟等人的认知中,目前的热电材料界中,那几种技术路线里面,包括二维多层膜、超晶格、铋纳米线、碳纳米管、量子阱系统、类猫眼结构、硅铁钨合金之类,热电优值都被卡在6,同时也不具备大规模量产的工艺。
而他们眼前的复合板材,热电优值竟然高达。
市面上大规模量产的热电材料,热电优值普遍在2.8~3左右。
复合板材的热电优值,已经达到了普通热电材料的3.79~4倍左右。
很多不知道这意味着什么,热电材料的应用领域,主要在温差发电、热电制冷、传感器和温控器等。
热电优值在2.8~3的普通热电材料,通常发电中的热电转化效率只有6~8%左右。
而当热电材料的热电优值提升到时,这意味着温差发电机的效率,将提升到24%左右。
尽管这材料的热电效率,比不上30%效率的砷化镓太阳能电池板,也不不上火电站的蒸汽轮机。
但是热电材料用非常多优点,比如结构简单,只需要热电材料本身,加上导线、开关,就可以使用。
另外发电条件要求不太苛刻,只要有温度差,就可以发电。
“原来如此,这是二维多层薄膜加上超细纳米线,而且磷纳米线的三线交叉编织角度,估计就是利用量子阱系统。”乔青石自言自语起来。
黄修远笑着点了点头:“不错,就是三重加持,多层薄膜、超细纳米线、量子阱系统,三者结合后,压低了导热系数,同时提高了导电系数和塞贝克系数。”
乔青石满眼尽是震撼。
热电优值ZT,有一条专门的公式:
=S??σT/K(S为塞贝克系数、σ为导电率、T是温度、K是导热率)。
从公式中,我们可以知道,影响热电优值的因素,就是塞贝克系数、温度、导电率和导热率。
其中最关键的两个要素,就是导电率和导热率,如果要提高热电优值,这么作为分母的导电率必须高,而作为分子的导热率,则必须尽可能的小。
然而现实中,导电率和导热数却仿佛一个连体婴,很少有材料可以同时满足高导电率、低导热率。
乔青石惊叹不已:“纳米尺寸确实会放大的量子尺寸效应,但是黄总这般的构思,绝对是热电材料界的一次革命。”
“少拍马屁,哈哈。”黄修远笑道。
乔青石摇摇头:“这可不是拍马屁,我在中科院的时候,前老板那个项目拿了几千万经费,才搞出一个的高不成低不就,您这个材料一出来,诺贝尔都有可能了。”
“炸药奖就别想了,那东西就一块鸡肋。”黄修远拿起复合板材:“我们继续讨论一下这个材料。”
“黄总,还想继续改进?”乔青石有些不淡定。
“科学永无止境,我认为硫纳米线这边,还有继续改进的可能。”
“外国不少团队的研究,在硫铋纳米线可以提高ZT,是否可以考虑一下?”乔青石提议道。
但是黄修远却摇了摇头:“铋金属又少又贵,在实验室研究一下还可以,到工业化量产,估计成本要上天。”
“额……”乔青石顿时反应过来。
现在黄修远研发的复合板材,主要材料是磷、硫和氧化铝,都是可以大规模生产的材料。
而铋金属比白银还少一些,虽然华国的铋储量全球第一,问题是这种稀有金属资源,不太适合大规模量产。
如果是用在精密仪器之类,那还可以考虑。
现在的磷硫—氧化铝复合板材,拥有的热电优值,已经非常强大了,而且具备大规模量产的条件。
黄修远想了想,并没有完全否定铋纳米线这个方向:“如果你感兴趣,可以研究一下这个方向,铋纳米线咱们公司还玩得起,如果效果良好,可以考虑应用在高端产品上。”
“那我就研究一下。”
众人对于新热电材料的研发,展开了大讨论。
在讨论过程中,黄修远又带着他们编织了多种类型的热电材料,只是热电优值要突破这个新高峰,基本是异常困难的。
比如乔青石将铋纳米线和硫纳米线混编织,成为厚度27纳米的多层纳米线网。
在测试过程中,量子尺寸效应进一步凸现,让带边缘的电子态密度增大,增强了材料的导电率。
同时由于材料表面晶界的反射,导致热传导中的声子传导被阻挡,进而压低了导热率。
将热电优值从,提升到了,问题是材料成本也翻十几倍。
铋硫磷—氧化铝复合材料的性价比不高,只能应用在高端产品上,比如航天器的同位素温差发电机,就适合使用这种热电材料。
事实上,燧人公司在各种纳米材料的应用上,由于拥有大量生产纳米线、纳米粉末的方法,因此公司的材料研究员们,都在拼命的深入研究。
比如在太阳能电池板上,硅纳米线网复合硅纳米镀层后,形成纳米硅片,在能量转换效率上,达到了26.4%的极高水平。
而且复合硅纳米镀层后,纳米硅片的使用寿命非常久,发电效率基本可以维持十几年不变。
光电材料的进步,加上热电材料,两者其实是可以结合起来的,因为纳米硅片是透明的,完全可以结合在一起,利用阳光的光能和热能。
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