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  研究人員將一種材料的熱量轉(zhuǎn)化為電能的能力提高了一倍，這有助于減少日常活動(dòng)和工業(yè)應(yīng)用中的熱量浪費(fèi)，從而能夠減少化石燃料的浪費(fèi)。

電子運(yùn)動(dòng)被限制在狹窄空間以提高熱電轉(zhuǎn)換的超晶格的概念圖
圖片來(lái)自：海道大學(xué)

      根據(jù)發(fā)表在《Nature Communications》雜志上的一項(xiàng)新研究，北海道大學(xué)的研究人員以及他們?cè)谌毡竞团_(tái)灣的同事們一起通過(guò)顯著縮小傳播電子移動(dòng)的空間，從而提高了材料將廢熱轉(zhuǎn)化為可用電能的能力。

      化石燃料產(chǎn)生的能源以超過(guò)60％作為廢熱而損失掉，解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是將浪費(fèi)的熱量轉(zhuǎn)換成電能，稱為熱電能量轉(zhuǎn)換。但是，由于材料內(nèi)各種特性之間的平衡關(guān)系，所以提高轉(zhuǎn)換率一直很困難。

      當(dāng)溫差發(fā)生時(shí)，熱電材料將熱量轉(zhuǎn)化為電能，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)（又稱作第一熱電效應(yīng)，是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。一般規(guī)定熱電勢(shì)方向?yàn)椋涸跓岫穗娏饔韶?fù)流向正。）。科學(xué)家一直在研究如何將電子限制在狹窄的空間內(nèi)，以此來(lái)提高轉(zhuǎn)換率。2007年，研究人員構(gòu)建了一個(gè)由超薄絕緣層夾著的超薄層組成的人造超晶格。該方法產(chǎn)生較高的電壓，但沒(méi)有提高轉(zhuǎn)換率。研究人員已經(jīng)預(yù)測(cè)，如果德布羅意波長(zhǎng)（又稱物質(zhì)波，即函數(shù)為概率波，它指空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的幾率，其中概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配。）較長(zhǎng)的電子（這意味著它們更加分散）被限制在一個(gè)狹窄的導(dǎo)電層中，那么性能可以得到顯著改善（但其尚未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）。

      由北海道大學(xué)的Hiromichi Ohta領(lǐng)導(dǎo)的研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)超晶格，其中電子比先前的實(shí)驗(yàn)分散了30％。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果導(dǎo)致更高的電壓，與使用以前方法記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，其熱電轉(zhuǎn)換率增加一倍。

      北海道大學(xué)的Hiromichi Ohta說(shuō)：“這是減少發(fā)電廠、工廠、汽車和電腦甚至人體浪費(fèi)熱量的重要一步。”