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日本研究人员发现降低物质热传导率的新机制

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新华社东京1月19日电(记者钱铮)提高电子设备的性能、节能率等都离不开对物质导热难易程度即热传导率的调节。日本研究人员最新发现,在金属互化物晶体结构的隧道中,构成原子链的原子间的距离越近,化合物的热传导率越低,这有望成为研发高性能热电材料的新指针。

日本京都大学日前发表新闻公报说,利用热电材料将温差产生的热能直接转换成电能的热电发电目前备受关注。高性能热电材料应具备温差电动势高、导电率高、热传导率低等特征。不过,除了热传导率外,其他各项特征是此消彼长的关系,某项指标改善了,另一些指标就会恶化。因此,高性能热电材料需要热传导率低,同时其他各项特性要平衡到最合适的状态。

公报说,该机构研究人员参与的团队,以晶体结构的隧道空间内包钠原子链的几种锡基金属互化物(包括钠-铝-锡系化合物、钠-镓-锡系化合物、钠-铟-锡系化合物和钠-锌-锡系化合物)为对象,合成多晶样品并评估样品的各项热电特性。他们发现,钠-镓-锡系化合物在接近室温的环境下表现出能匹敌已进入实用阶段的铋-碲化合物的高热电性能。

进一步分析各化合物的晶体结构,研究人员发现,隧道空间内构成原子链的钠原子沿着隧道延伸的方向以异常大的振幅振动,钠原子之间的距离越近,化合物的热传导率也就越低,流失的热量越少,越有利于热能更有效转化为电能。

公报说,振动的原子互相接近能使热传导率下降,这一新机制的发现为今后研发高性能热电材料开辟了新的道路。研究人员下一步计划研发能在各领域作为能量转换装置使用的高性能热电材料。相关研究成果已发表在德国《先进材料》杂志上。

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