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聚焦:科學(xué)家們在熱電材料的轉(zhuǎn)換過程中發(fā)現(xiàn)了明顯的原子行為

時間:2022-10-06 08:20:30 來源: cnBeta.COM



(資料圖)

該研究還確定了能量轉(zhuǎn)換的理想溫度,它還提供了基本的科學(xué)見解,可用于協(xié)助研究人員創(chuàng)造具有更好的熱電性能的新材料。

熱電材料是清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵。研究人員利用中子散射發(fā)現(xiàn)了有關(guān)聲子重整機制的細(xì)節(jié)。這是一個量子力學(xué)過程,解釋了兩種常見熱電材料超低的熱導(dǎo)率。這些發(fā)現(xiàn)可能有助于研究人員為更有效的熱電設(shè)備創(chuàng)造材料。它也將有助于改善可再生能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。

熱電技術(shù)將熱能轉(zhuǎn)化為電能,它們是可以減輕氣候變化影響的清潔能源技術(shù)組合之一。熱電的一個主要挑戰(zhàn)是其相對較低的效率和有限的可用材料數(shù)量。為了設(shè)計更高效率的材料,科學(xué)家們需要從根本上了解實現(xiàn)超低熱導(dǎo)率的機制。

為了解決這個長期存在的科學(xué)難題,杜克大學(xué)的研究人員采用中子散射實驗,并輔以其他技術(shù),來探測典型的熱電材料,將硫(S)和硒(Se)結(jié)晶成二元體的SnS和SnSe。

通過使用位于橡樹嶺國家實驗室的能源部(DOE)用戶設(shè)施 - 輻照中子源和高通量同位素反應(yīng)堆的先進(jìn)中子散射儀器,研究人員在150K到1050K的寬廣溫度范圍內(nèi)測量了結(jié)構(gòu)變化和聲子光譜,揭示了800K時的一個轉(zhuǎn)變,即原子間距在一個方向上擴大,但在其他方向上收縮。

動態(tài)測量還提供了關(guān)于過渡期原子振動頻率急劇下降的關(guān)鍵信息,這也是熱傳導(dǎo)減少的原因。這項工作還表明,觀察到的聲子行為可能存在于許多其他具有類似相變的材料中,如鹵化物過氧化物、氧化物鐵電體或接近不穩(wěn)定的熱電體,這大大拓寬了能源轉(zhuǎn)換材料的可能性庫。

了解更多:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18121-4


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