《纳米崛起》第一百六十六章 电与热

    纳米崛起正文卷第一百六十六章电与热实验室内。
    穿戴着全覆式防护服的黄修远，在调整纳米线纺织机的线角度。
    经过一次次调整，他编织出一块纳米布，则是一直由磷纳米线、硫纳米线编织而成的产物。
    具体由两层组成，一层是以特定角度编织的三线交叉磷纳米线网，一层是厚度15纳米的硫纳米线网。
    然后表面通过离子沉积，将一层氧化铝覆盖上去，形成一层致密的外壳。
    看起来是一块平平无奇的氧化铝板子，实际上却内有乾坤。
    他将复合板材处理后，交割一旁的助手：“张伟，拿去进行电热值测试。”
    一旁的大众脸张伟，小心翼翼的接过复合板材，送到实验室的材料物化检测室内，开始进行全面的检测。
    黄修远跟着来到检测室内。
    随着几个研究员对复合板材，展开进行一系列的检测，研究热电材料出身的研究员乔青石想说话，却发现自己舌头仿佛打结了一般。
    因为眼前这块复合板材的热电优值，超出了他们的意料之中。
    所谓的热电优值，就是材料的热电转化效率，符号是ZT，目前材料学界发现的热电材料中，热电优值最高的大概在6左右，这是只能在实验室中微量制备的材料。
    在乔青石和张伟等人的认知中，目前的热电材料界中，那几种技术路线里面，包括二维多层膜、超晶格、铋纳米线、碳纳米管、量子阱系统、类猫眼结构、硅铁钨合金之类，热电优值都被卡在6，同时也不具备大规模量产的工艺。
    而他们眼前的复合板材，热电优值竟然高达11.37。
    市面上大规模量产的热电材料，热电优值普遍在2.8～3左右。
    复合板材的热电优值，已经达到了普通热电材料的3.79～4倍左右。
    很多不知道这意味着什么，热电材料的应用领域，主要在温差发电、热电制冷、传感器和温控器等。
    热电优值在2.8～3的普通热电材料，通常发电中的热电转化效率只有6～8%左右。
    而当热电材料的热电优值提升到11.37时，这意味着温差发电机的效率，将提升到24%左右。
    尽管这材料的热电效率，比不上30%效率的砷化镓太阳能电池板，也不不上火电站的蒸汽轮机。
    但是热电材料用非常多优点，比如结构简单，只需要热电材料本身，加上导线、开关，就可以使用。
    另外发电条件要求不太苛刻，只要有温度差，就可以发电。
    “原来如此，这是二维多层薄膜加上超细纳米线，而且磷纳米线的三线交叉编织角度，估计就是利用量子阱系统。”乔青石自言自语起来。
    黄修远笑着点了点头：“不错，就是三重加持，多层薄膜、超细纳米线、量子阱系统，三者结合后，压低了导热系数，同时提高了导电系数和塞贝克系数。”
    乔青石满眼尽是震撼。
    热电优值ZT，有一条专门的公式：
    ZT＝SσT/K。
    从公式中，我们可以知道，影响热电优值的因素，就是塞贝克系数、温度、导电率和导热率。
    其中最关键的两个要素，就是导电率和导热率，如果要提高热电优值，这么作为分母的导电率必须高，而作为分子的导热率，则必须尽可能的小。
    然而现实中，导电率和导热数却仿佛一个连体婴，很少有材料可以同时满足高导电率、低导热率。
    乔青石惊叹不已：“纳米尺寸确实会放大的量子尺寸效应，但是黄总这般的构思，绝对是热电材料界的一次革命。”
    “少拍马屁，哈哈。”黄修远笑道。
    乔青石摇摇头：“这可不是拍马屁，我在中科院的时候，前老板那个项目拿了几千万经费，才搞出一个ZT4.2的高不成低不就，您这个材料一出来，诺贝尔都有可能了。”
    “炸药奖就别想了，那东西就一块鸡肋。”黄修远拿起复合板材：“我们继续讨论一下这个材料。”
    “黄总，还想继续改进”乔青石有些不淡定。
    “科学永无止境，我认为硫纳米线这边，还有继续改进的可能。”
    “外国不少团队的研究，在硫铋纳米线可以提高ZT，是否可以考虑一下”乔青石提议道。
    但是黄修远却摇了摇头：“铋金属又少又贵，在实验室研究一下还可以，到工业化量产，估计成本要上天。”
    “额……”乔青石顿时反应过来。
    现在黄修远研发的复合板材，主要材料是磷、硫和氧化铝，都是可以大规模生产的材料。
    而铋金属比白银还少一些，虽然华国的铋储量全球第一，问题是这种稀有金属资源，不太适合大规模量产。
    如果是用在精密仪器之类，那还可以考虑。
    现在的磷硫—氧化铝复合板材，拥有11.37的热电优值，已经非常强大了，而且具备大规模量产的条件。
    黄修远想了想，并没有完全否定铋纳米线这个方向：“如果你感兴趣，可以研究一下这个方向，铋纳米线咱们公司还玩得起，如果效果良好，可以考虑应用在高端产品上。”
    “那我就研究一下。”
    众人对于新热电材料的研发，展开了大讨论。
    在讨论过程中，黄修远又带着他们编织了多种类型的热电材料，只是热电优值要突破11.37这个新高峰，基本是异常困难的。
    比如乔青石将铋纳米线和硫纳米线混编织，成为厚度27纳米的多层纳米线网。
    在测试过程中，量子尺寸效应进一步凸现，让带边缘的电子态密度增大，增强了材料的导电率。
    同时由于材料表面晶界的反射，导致热传导中的声子传导被阻挡，进而压低了导热率。
    将热电优值从11.37，提升到了14.28，问题是材料成本也翻十几倍。
    铋硫磷—氧化铝复合材料的性价比不高，只能应用在高端产品上，比如航天器的同位素温差发电机，就适合使用这种热电材料。
    事实上，燧人公司在各种纳米材料的应用上，由于拥有大量生产纳米线、纳米粉末的方法，因此公司的材料研究员们，都在拼命的深入研究。
    比如在太阳能电池板上，硅纳米线网复合硅纳米镀层后，形成纳米硅片，在能量转换效率上，达到了26.4%的极高水平。
    而且复合硅纳米镀层后，纳米硅片的使用寿命非常久，发电效率基本可以维持十几年不变。
    光电材料的进步，加上热电材料，两者其实是可以结合起来的，因为纳米硅片是透明的，完全可以结合在一起，利用阳光的光能和热能。