研究发现新型笼形包合物具有极强热电性能

资料来源:维也纳工会

笼状内含物是指一种具有许多微小笼状结构的晶体，它可以“封闭”其中的单个原子，从而显著改变晶体的材料性质。根据物理学家组织网络9月22日的一份报告，奥地利维也纳科技大学的科学家们通过将铈原子捕获在笼形结构中，创造了一种具有极强热电性能的新材料，这种笼形结构可以将废热转化为电能。

当工业机器在运行过程中变热时，会损失大量热能，导致环境温度不必要地升高。这些浪费的热能可以被热电材料部分利用:热电材料可以通过将热物体与冷物体桥接来产生电流。维也纳理工大学的研究小组采用了一种复杂的晶体生长方法。在镜面结晶炉的帮助下，单个铈原子被“锁定”在由钡、硅和金制成的“笼”中，以获得一种新型笼状夹杂物。他们发现被俘获的铈原子不断撞击“笼子”，这似乎给了这种新材料极好的热电性能。

该团队使用这种笼形结构来连接冷热物体，并测试它们的热电性能。"材料中电子的热运动取决于温度."维也纳工业大学的西尔克·布勒·帕申教授解释说:“温度较高的一侧比温度较低的一侧有更多的热运动，因此电子会扩散到低温区域，从而在热电材料的两侧产生电压。”实验结果表明，铈原子使材料的热电势提高了50%，这意味着可以获得更高的电压。此外，这种包合物的热导率非常低，这也是一个非常重要的特征，因为一旦温差不存在，电压就不能保持。

布勒-帕申认为，这种新材料表现出的良好热电性能似乎与所谓的康多效应(当电子被半导体材料中的磁性杂质束缚时，电子*改变自旋的现象)有关。铈原子中的电子和晶体中的原子之间存在量子力学关联。事实上，众所周知，秃鹰效应起源于接近绝对零度的低温物理学，但令人惊讶的是，量子力学关联在这种新的笼形结构中也发挥了重要作用，温度甚至达到了几百摄氏度。Buller-Paschen说，这是他们在世界上观察到的最高温度的秃鹰效应。

该研究小组目前正准备尝试使用不同种类的包合物来达到同样的效果。他们希望用铜等其他金属取代昂贵的黄金，使这种材料具有更大的商业潜力。铈也可以被几种稀土元素的廉价混合物所取代。如此设计的笼形物有望在未来用于将工业废热转化为有价值的电能。

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