我們現(xiàn)在浪費(fèi)了大量的熱，這些熱通過(guò)汽車(chē)的排氣口和發(fā)電廠的煙囪排入了大氣。溫差電材料可以利用這些熱發(fā)電，但到目前為止，這類(lèi)材料過(guò)于昂貴且低效，因此無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。溫差電技術(shù)目前只獲得了一些利基的商業(yè)應(yīng)用。除了產(chǎn)生電能之外，溫差電材料也可以起到相反的作用，即利用電流轉(zhuǎn)移熱量從而冷卻便攜設(shè)備，或是在汽車(chē)中為座椅加熱。它們也被用在航天任務(wù)中充當(dāng)電源。
不同于之前的溫差電材料，這種《自然》期刊上發(fā)表的論文中所描述的新材料，其轉(zhuǎn)換效率足可以令溫差電源具有實(shí)用價(jià)值。這種材料的最佳工作溫度約為650°C，與在高速公路上以65英里時(shí)速行駛的汽車(chē)所排出廢氣的溫度接近。在這個(gè)溫度下，它可以把廢氣中約20%的的能量轉(zhuǎn)化為電能。這樣得到的電能可以用來(lái)給混合動(dòng)力汽車(chē)的電池充電，或者減輕汽車(chē)上交流發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)并節(jié)約燃料。
溫差電材料會(huì)阻攔從其中通過(guò)的熱量，但允許電子流動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。新材料隔熱能力尤其突出，因?yàn)樗昧瞬牧蟽?nèi)部的微觀隔斷，或者說(shuō)晶界。在最小的尺度上，研究者在材料中加入摻雜物，在單個(gè)原子的尺度上打亂材料的規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)。而為了在較大尺度上破壞結(jié)構(gòu)，他們把納米尺寸的相同材料片段混合進(jìn)來(lái)，這些片段的寬度為2到10納米。最后，通過(guò)在冷卻過(guò)程中控制材料的結(jié)晶方式，他們制造出了直徑幾百納米的微小晶粒。研究者們之前已經(jīng)自己完成了這些工作的每一個(gè)步驟。“我們是首先把這些全部結(jié)合在一起的，” 領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)化學(xué)教授莫科瑞•卡納茨迪斯（Mercouri Kanatzidis）說(shuō)。
這項(xiàng)研究成功的關(guān)鍵在于確保材料中的隔斷不會(huì)阻擋電子的流動(dòng)。研究者采用了兩種手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，一個(gè)是在材料摻入會(huì)增加材料中的電子數(shù)的雜質(zhì)，另外則是選擇可以在大塊材料中自動(dòng)按照某種方式調(diào)整朝向的納米結(jié)構(gòu)片段，產(chǎn)生可以讓電子無(wú)阻礙運(yùn)動(dòng)的通路。
美國(guó)能源部的技術(shù)開(kāi)發(fā)主管約翰•費(fèi)爾班克斯（John Fairbanks）稱(chēng)這種新材料是“一個(gè)偉大的進(jìn)步，”但是他也提醒想讓這種材料成功商業(yè)化可能面臨著挑戰(zhàn)。他說(shuō)一個(gè)熱電設(shè)備同時(shí)需要P型和N型兩個(gè)版本的材料，而這種新材料自身只是P型，因此它還需要一個(gè)搭檔。他還提出，美國(guó)和歐盟的監(jiān)管者對(duì)于在汽車(chē)上使用含鉛材料會(huì)感到遲疑，即使其中含的鉛遠(yuǎn)比一般的機(jī)動(dòng)車(chē)電池要少。這種材料也可能用在工業(yè)環(huán)境或是發(fā)電廠中，來(lái)幫助捕集廢熱。
