01.16 日本科學家成功將汽車發動機廢熱轉化成電能

據外媒報道,首都大學東京(Tokyo Metropolitan University,將於2020年4月起將學校名稱變更為東京都立大學)的科學家們採用排列整齊的“金屬”碳納米管制成了一種裝置(熱電裝置),能夠將熱能轉化成電能,而且輸出功率比隨機網絡中採用純半導體碳納米管(CNT)製成的裝置要高。此種新設備無需再平衡半導體的電導率和電壓,大大優於同類產品,而且高功率的熱電裝置能夠為更有效地利用廢熱鋪平道路。

日本科學家成功將汽車發動機廢熱轉化成電能

熱電裝置可以直接將熱能轉化成電能,在日常生活中,空調的廢氣、汽車發動機甚至是身體的熱量通常都被浪費了,如果能夠回收此類能量並加以利用,則具有革命性意義,也在一定程度上推動了可穿戴電子設備和光電子設備的發展,此類設備戴在皮膚上,由體溫提供能量,如身體熱能燈和智能手錶等。

當溫度形成梯度(有溫差)時,熱電裝置輸出的功率會受到該裝置的電導率和塞貝克係數(Seebeck coefficient,表示在一定溫差下產生的電壓)的影響。問題是,塞貝克係數與電導率之間存在一種此消彼長的關係,當裝置的導電性增強時,塞貝克係數就會下降。為了產生更多的能量,需要改善這兩個方面。

半導體材料通常被認為是高性能熱電裝置的最佳選擇,不過,首都大學東京Kazuhiro Yanagi教授領導的一支團隊選擇了“金屬”CNT。與純半導體CNT不同,金屬CNT的電導率和塞貝克係數可以同時得到增強,從而打破了兩者之間此消彼長的關係。該團隊進一步證明,此種獨特的特性源於該材料的一維金屬電子結構。此外,研究人員能夠調整該金屬CNT的方向,輸出的功率是隨機定向純半導體CNT的5倍。

高性能的熱電元件不僅能夠讓人們用體溫為智能手機提供動力,還可以用於生物醫學,並在未來的日常生活中發揮重要作用。


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