不能浪費掉的熱能

科學家告訴我們一個驚人的事實：高達50％的汽車燃料和家庭用電都以熱能的形式被浪費掉了!不信請摸一摸空轉的汽車發動機機蓋，或者正在運行的計算機、冰箱和電視機的后背，溫度是不是很高?這些熱量都被浪費了，但消費者還得為這些無用的熱量付錢。如果能有一種可靠的方法將這些被浪費掉的熱能收集起來并加以重新利用就好了。現在就有這么一種辦法，通過控制“聲子”，能把發電機甚至汽車排氣裝置中被浪費掉的熱能轉換成可重新利用的電能。

這一技術的研制花費了近200年時間。1821年，德國物理學家托馬斯·澤貝克在將一個金屬線圈的一側加熱后，受熱部分的電子便會被激活并四處進發，一部分電子到達較冷部分的線圈，使該部分線圈出現多余的負電荷，形成電壓差，從而產生了電流。這一現象被稱溫差電效應。問題在于，金屬既導電又導熱，因此在產生溫差電效應的線圈中較冷部分的溫度會很快升高，在溫差消失后，溫差電流也就消失了。所以，科學家需要找到一種既能產生溫差電效應又不導熱的材料。正如光是由“光子”傳遞的，熱是由“聲子”傳遞的。在固體物質中，當聲子從一個原子跳到另一個原子時，熱能被傳播開來。因此，關鍵是要控制聲子的運動。

1996年，美國麻省理工學院的兩位物理學家米爾德里德·德雷斯爾豪斯和林登·希克斯找到了線索。他們在對一種三層復合材料進行研究的過程中發現，電子可以不受影響地在不同質地的材料間穿行，但聲子的情況卻不同，聲子對原子間的連接結構非常敏感，不能輕易跨越不同的材料。結果，兩位科學家發現，這種三層復合材料所產生的溫差電是碲化鉛單晶材料的約4倍。

德雷斯爾豪斯和希克斯的發現引起了人們研制新材料的極大興趣，科研人員致力于研制出一種電子和聲子能在其中以不同速度傳播的新材料。在600℃的溫差下，這種新材料能夠將18％的熱能轉化成電能。而汽車排氣管與其周圍空氣的溫差高于這一溫度。這種新材料的制作工藝非常簡單，只需將銻、鉛、銀、碲按一定比例加入熔爐，在約800℃的溫度下熔燒4個小時，再在400℃的溫度下保持40個小時，然后冷卻到室溫就可以了。科學家當初在制作這種材料時，只是指望通過將輕重不一的原子混合到一起能改變原子之間的連接結構，從而更有效地阻止聲子運動。但實際制作出的材料卻比當初設想的更復雜。用電子顯微鏡拍攝的照片顯示，在這種新材料中，銀和銻形成了一些納米級的“小島”，圍繞在它們周圍的是鉛和碲的化合物。這樣，交錯在一起的不同物質正好擋住了聲子的去路。

目前，美國海軍正設法在艦船的發動機上使用這種新合金。下一步將是重新利用汽車和電廠的熱能，從汽車的排氣管獲得的電能將足夠為汽車的電瓶充電，可能還會有剩余。科學家用了將近200年才有了突破，也許用不了多久我們就再也不必為白白浪費掉的熱能花錢了。 (文章代碼：102404)