中國粉體網(wǎng)訊 鈮鈷銻合金(NbCoSb)曾是一種身份不明的合金材料,它“外表”是金屬的,而“個性”更像半導(dǎo)體。因為有望成為新一代高溫?zé)犭姴牧希S多科學(xué)家都嘗試過合成純的1∶1∶1的鈮鈷銻,可至今沒人成功過。
近日,浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱鐵軍教授的實驗室,制成了高純度的鈮鈷銻合金。實驗還證明,穩(wěn)定的鈮鈷銻合金,不屬于標(biāo)稱的19電子體系金屬,而是自帶“缺陷”的18電子體系半導(dǎo)體,是正宗的半導(dǎo)體熱電材料。這為科學(xué)家尋找新的熱電材料拓展了方向。
可以說,熱電材料無處不在。日常生活中的酒柜、飲水機、車載冰箱等能夠安安靜靜工作,就是靠一塊熱電材料實現(xiàn)保溫保冷。
熱電材料的另一個應(yīng)用場景,是溫差發(fā)電。在曠遠持久的星際旅行中,外太空探測器無法得到陽光的補給,必須自帶“干糧”——核能電池。放射性同位素自然衰變產(chǎn)生熱,借助于熱電材料,實現(xiàn)溫差發(fā)電。
“溫差發(fā)電或許是深空探測目前唯一的供能方案!敝扈F軍說,“熱電材料特別適合搜集移動的、分散的能量,比如將汽車排氣管的余熱轉(zhuǎn)換為電能,相當(dāng)于一個小型的移動電廠!
因為小型、靜音、零損耗等優(yōu)點,全世界科學(xué)家都在尋找性能優(yōu)良的熱電材料,以適應(yīng)多種工作環(huán)境。
但全世界一直做不出高純度的鈮鈷銻合金!笆羌夹g(shù)還達不到?還是本身就不存在這種比例的合金?”朱鐵軍和全球科學(xué)家們一起試圖尋找答案。
此前,美國加州理工學(xué)院Jeff Snyder教授課題組進行了大量理論演算,認為比例為0.8∶1∶1的18電子鈮鈷銻更穩(wěn)定。之后,Snyder聯(lián)系到朱鐵軍,提出在浙江大學(xué)通過實驗探究疑問。
朱鐵軍的實驗室里,有一臺先進的磁懸浮熔煉儀器。它利用磁場產(chǎn)生渦流,一邊將金屬原料融化并懸浮于容器中,一邊持續(xù)“攪拌”,以達到最大程度的均質(zhì)混合。
利用這臺儀器,博士生夏凱陽得到了高純度的鈮鈷銻。經(jīng)過測試,這種高純度材料的熱電優(yōu)值(ZT)為0.9。
“雖然0.9的數(shù)值在熱電材料中并不算突出,但這足以讓我們感到興奮!”朱鐵軍說,“我們終于知道,鈮鈷銻原來是一種陽離子缺位的18電子體系,而不是19電子體系!
“這有點像我們玩的抽積木游戲!敝扈F軍從微觀結(jié)構(gòu)解釋這種現(xiàn)象,“在0.8∶1∶1的鈮鈷銻材料中,有原子缺位了。就像抽掉了一根積木,它依然還是穩(wěn)定的正方體結(jié)構(gòu)!
這項研究給科學(xué)家尋找新的熱電材料打開了視野,并有望為未來外太空探測器提供發(fā)電的新材料。
朱鐵軍的論文《具有本征Nb空位的18電子鈮鈷銻半赫斯勒化合物中增強的熱電性能》發(fā)表于《先進功能材料》雜志。