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日本用金属碳纳米管研制热电装置 将汽车发动机废热转化成电能

发布时间:2020-01-16 05:44内容来源:网络整理 点击:

  据外媒报道,东京首都大学(Tokyo Metropolitan University,将于2020年4月起将学校名称变更为东京都立大学)的科学家们采用排列整齐的“金属”碳纳米管制成了一种装置(热电装置),能够将热能转化成电能,而且输出功率比随机网络中采用纯半导体碳纳米管(CNT)制成的装置要高。此种新设备无需再平衡半导体的电导率和电压,大大优于同类产品,而且高功率的热电装置能够为更有效地利用废热铺平道路。


(图片来源:首都大学东京)

  热电装置可以直接将热能转化成电能,在日常生活中,空调的废气、汽车发动机甚至是身体的热量通常都被浪费了,如果能够回收此类能量并加以利用,则具有革命性意义,也在一定程度上推动了可穿戴电子设备和光电子设备的发展,此类设备戴在皮肤上,由体温提供能量,如身体热能灯和智能手表等。

  当温度形成梯度(有温差)时,热电装置输出的功率会受到该装置的电导率和塞贝克系数(Seebeck coefficient,表示在一定温差下产生的电压)的影响。问题是,塞贝克系数与电导率之间存在一种此消彼长的关系,当装置的导电性增强时,塞贝克系数就会下降。为了产生更多的能量,需要改善这两个方面。

  半导体材料通常被认为是高性能热电装置的最佳选择,不过,首都大学东京Kazuhiro Yanagi教授领导的一支团队选择了“金属”CNT。与纯半导体CNT不同,金属CNT的电导率和塞贝克系数可以同时得到增强,从而打破了两者之间此消彼长的关系。该团队进一步证明,此种独特的特性源于该材料的一维金属电子结构。此外,研究人员能够调整该金属CNT的方向,输出的功率是随机定向纯半导体CNT的5倍。

  高性能的热电元件不仅能够让人们用体温为智能手机提供动力,还可以用于生物医学,并在未来的日常生活中发挥重要作用。(作者: 余秋云)

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