瑞士冷原子熱電系統(tǒng)模型 有望使熱能高效轉(zhuǎn)為電能

19 世紀，科學家們發(fā)現(xiàn)，將熱電材料加熱會生成少許電流，但將獲得的電流提高到能勝任現(xiàn)代科技的需要一直是個巨大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，瑞士科學家設計出了一種新奇的模型——“冷原子熱電系統(tǒng)”，有望大幅提高熱電材料的電流強度。

用熱發(fā)電的過程一般如下:先讓一種可燃物燃燒，隨后將液體加熱帶動力學渦輪運動，最終產(chǎn)生電流。在熱電材料中，整個循環(huán)由天然的熱力發(fā)動機操作完成，不過這一方法效率低下，而且就目前已知的材料來說，熱電發(fā)電器的效率遠低于熱電廠的效率。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工學院的蒂爾曼·艾斯林格領導的量子光學研究團隊制造出的模型位于一個由玻璃制成的真空室內(nèi)，由鋰原子氣體所包圍。科學家們使用激光，將氣體冷卻到接近絕對零度。在此條件下，氣體內(nèi)原子的一舉一動就類似于物質(zhì)內(nèi)的電子。為了模擬熱電材料，原子被一束激光所捕獲，從而制造出了一個空間上不斷變化的結構，其中的原子像物質(zhì)內(nèi)的電子一樣移動。

使用被激光捕獲的原子來模擬復雜材料的行為是ETH 的科學家們百試不爽的方法。過去10 年，他們用這種方法研究了超導體甚至一些導電設備，現(xiàn)在又開始模擬熱電材料。蒂爾曼·艾斯林格說:“使用簡單的‘配方’，我們就模擬出了效率可與天然材料相媲美的熱電材料。”

盡管目前該研究仍處于“襁褓”階段，但他們表示，該實驗可能會對材料科學產(chǎn)生重大影響。研究人員讓－菲利普·布蘭圖特說:“我們的實驗有望作為一種基準。”該研究團隊打算在未來兩年內(nèi)研究更復雜的系統(tǒng)。

科學家們表示，這種“冷原子熱電系統(tǒng)”有助于我們更好地理解熱電。因為天然材料非常復雜，很難對其做實驗，借用這一系統(tǒng)，可以進行理論和實驗間的對比，而且也可以探究材料內(nèi)出現(xiàn)的瑕疵和混亂可能會產(chǎn)生什么影響。新實驗也使科學家們能采用一種可控的方式，對熱電的基礎過程進行研究，這將有助于未來熱電材料的模擬和設計。

目前，熱電技術主要用于為太空探測器(比如“好奇”號火星車)或傳感器等小型設備供電，但專家們希望，這一技術未來能用于更多領域。汽車公司正在測試不同的熱電系統(tǒng)，希望能利用汽車排放的尾氣發(fā)電，從而將油耗節(jié)省3%到5%。其他消費應用包括:通過身體熱為手機或手表充電等等。