眾所周知，熱電材料可以將熱能直接轉化為電能，因此這項技術的潛力備受關注。世界各地的科學家也不停地尋找效率最高的材料。奧地利維也納工業大學的研究人員也不例外。他們探索了不同的金屬合金，以找到最有效的熱電材料。最後，鎳和金的混合物被證明特別有前途。最新研究結果已於近期發表在了《科學進展》雜誌上。

利用熱能發電並不是什麼新鮮事。自20世紀中期以來，它們被用於在太空探索中產生電能，但熱電也用於便攜式冰箱等日常應用。此外，它們還可以用於工業環境，將廢熱轉化為綠色電力，這也是潛在應用之一。

熱電的工作原理

熱電效應是基於帶電粒子從材料較熱的一面遷移到較冷的一面的運動。這就產生了一個電壓，即所謂的熱電電壓。熱電電壓與溫差的比值就是“塞貝克係數”，這是材料熱電性能的重要參數。

研究的第一作者Fabian Garmroudi解釋說：「儘管塞貝克（德國物理學家）在200多年前就發現了普通金屬中的熱電效應，但現在金屬幾乎不被認為是熱電材料，因為它們通常具有非常低的塞貝克係數。”

性能優異的鎳金合金

近期，來自維也納工業大學的物理學家成功地發現了具有高導電性和特大塞貝克係數的金屬合金。他們說，磁性金屬鎳與貴金屬金的混合從根本上改變了電子性質。具體而言，當加入約10%的鎳時，金的淡黃色立即消失，熱電性能迅速提高。

科學家解釋稱，塞貝克效應增強的物理根源在於電子的能量依賴散射行為——一種與半導體熱電效應根本不同的效應。由於鎳原子的特殊電子特性，正電荷比負電荷散射得更強，導致所需的不平衡，從而產生高熱電電壓。

他們補充說，極高的導電性和塞貝克係數的結合，導致鎳金合金的熱電功率因數值創紀錄，遠遠超過傳統半導體。

「在相同的幾何形狀和固定的溫度梯度下，可以產生比任何其他已知材料多很多倍的電力，」他們解釋說，「此外，高功率密度可能使未來大規模領域的日常應用成為可能。以目前的性能為例，智慧手錶已經可以利用佩戴者的體溫自動充電了。”

研究人員還說，「儘管黃金是一種昂貴的元素，但我們的工作代表了概念的證明。我們能夠證明，不只有半導體，金屬也能表現出良好的熱電性能，使它們有各種應用潛力。金屬合金與半導體相比具有各種優勢，特別是在熱電發電機的製造過程中。”

未來，該小組還將研究其他不需要昂貴元素金屬加入的有前途的候選物質。