日本科学家发现一种新的低温热电材料，具有低温高热电效应

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科技日报东京9月12日消息  日本科学家日前发现一种低温热电材料，该材料能在低温条件下显示出比铋系热电材料高出100倍以上的热电效应。实验表明，这种铁化合物的结晶尺寸越大，实际电热效应就越大。相关研究成果发表在近日出版的《自然·通讯》杂志上。

热电转换材料能够使电能与热能直接转换，可用于废热发电以及不使用氟利昂的冷冻装置。热电转换材料中以铋化合物较为常见，而超导材料等运行所需的极低温热电转换原器件尚未实际应用，需要设计出新的低温热电材料。

为解决这一问题，东京大学、名古屋大学和大阪大学的科研人员进行了联合研究。他们发现了一种以铁为主要成分的化合物“FeSb2”，其在零下260摄氏度的低温环境下显示出比铋系热电材料高100倍以上的热电效应，这使得它成为备受期待的低温电热材料，有望为设计低温环境下热电转换原器件提供新思路。

但是，科研人员对FeSb2为何展示出巨大的热电效应并不了解，因此无法设计出更高热电性能的元件。

为此，他们合成了超高纯度的FeSb2单结晶，并使用5种不同尺寸单晶体进行了电阻率、塞贝克系数和热导率测定。结果发现，结晶尺寸增大，热导率和塞贝克系数也随之增大，在最大结晶尺寸情况下实现了高热导率。通过回旋共振试验，他们发现电子有效质量比自由电子的质量高出5倍。

最后证实观察到的FeSb2巨大塞贝克系数和输出因子，是由在晶界散射的平均自由行程较长的声子与有效质量大的电子相互作用造成的。

文章链接：

H. Takahashi, et al, "Colossal Seebeck effect enhanced by quasi-ballistic phonons dragging massive electrons in FeSb2," Nature Communications 7, Article number: 12732 (2016), doi:10.1038/ncomms12732

（本文文字来源：科技日报;）