新型热电材料帮助防止汽车零部件过热

据外媒报道，夏季来临，汽车方向盘变得滚烫下不去手，但是新型热电材料却可解决该问题。由于缺乏能够在室温下保持高效，同时价格便宜的材料，可以直接将电能转化成热能，以实现冷却和加热功能的热电设备的普及受到了阻碍。

（图片来源：休斯敦大学官网）

但是，现在，美国休斯敦大学（the University of Houston）和麻省理工学院（the Massachusetts Institute of Technology）的研究人员报告表示，他们发现了一种新材料，该材料在室温下的工作效率很高，而且几乎无需价格昂贵的碲（碲是目前最先进材料中的主要成分）。

该研究的研究人员表示，该材料能够帮助防止电子设备、车辆和其他零部件过热。此外，该材料非常便宜，但是性能却与传统的、更昂贵的材料一样好，未来研究人员将致力于缩小该材料与传统材料（铋碲合金）间细微的性能差距。

热电材料的工作原理是，利用从较热区域流向较冷区域的热流，而热电冷却模块将根据珀尔帖效应（PelTIer effect）工作，该效应描述了两个不同导体接头处随着电流方向的不同，会分别出现吸热和放热现象。

此外，热电材料还可用于将发电厂、汽车排气管和其他来源的余热转化成电能。而且据报道，许多新材料用于此类应用，而此类应用要求材料能够在更高的温度下工作。

因为热电冷却模块必须在温度更低的环境中工作，在此类环境中，该热电模块的热电转换优值系数ZT值比较低（该系数取决于温度），因而热电冷却模块造成了一个巨大的挑战。优值系数ZT值是衡量热电材料工作效率的一个指标，热电材料的ZT值越高越好。

尽管面临挑战，至少到目前为止，此类热电冷却模块还具备很大的商业潜力，部分原因在于他们能够在更低的温度下长时间工作，而热电在发电时由于高温（氧化和热不稳定性）会变得很复杂。

热电冷却市场正在不断增长，据研究人员所说，2018年全球热电模块市值约为6亿美元，预计到2027年将达约17亿美元。

数十年来，铋碲合金一直被认为是性能最好的热冷却材料，但是研究人员表示，高成本的碲限制了该材料的广泛应用。虽然最近碲的成本有所下降，但是仍是每公斤50美元左右。相比之下，研究人员研发的新材料主要成分是镁，而镁的价格约为每公斤6美元。

研究人员表示，此新材料由镁和铋制成，以带负电荷（n型）的形式而创造出来，与传统的铋碲材料的效率一样。此外，该材料的成本较低，可能会扩大热电模块用于冷却应用。

为了利用该新材料制成热电模块，研究人员将其与传统铋碲合金中的正电荷载流子结合，因而只需要用到目前大多数模块中一半的碲，由于材料的成本大约是该设备成本的三分之一，因而能够节省大量成本。此外，该新材料与大多数纳米结构材料相比时，具备更好的电接触能力。