據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)維克森林大學(xué)和其他研究機(jī)構(gòu)最近共同研究出一種新型有機(jī)熱電纖維，能大大提高材料的輸出功率并降低成本。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《納米快報(bào)》上。

　　幾十年前人們就已開(kāi)始研究熱電材料并已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，但傳統(tǒng)方法是用碲化鉍等無(wú)機(jī)材料制造。一些新研究顯示，有機(jī)材料可能有成本更低、制造容易、靈活柔韌等更多優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)迄今為止，有機(jī)材料的性能仍不如無(wú)機(jī)材料，比如用柔性熱電材料做成腕表，通過(guò)體溫和外界環(huán)境溫差來(lái)充電，如果用現(xiàn)在的碳納米管/聚合物復(fù)合材料制造的話，那需要500平方厘米的纖維，比普通的腕表要大50倍。

　　研究人員解釋說(shuō)，高性能熱電纖維的關(guān)鍵問(wèn)題是在材料兩面產(chǎn)生大的溫差，由于碳納米管/聚合物復(fù)合材料非常薄，其表面垂直溫差就很有限；而新材料稱為“電氈”，是一種多層碳納米管/聚合物復(fù)合材料，電輸出功率比以前大大提高。

　　“電氈”由幾百層導(dǎo)熱和絕熱薄膜交替構(gòu)成，導(dǎo)熱材料中含有碳納米管，絕熱材料由聚合物構(gòu)成，每層的厚度僅25微米到40微米。層與層之間平行排列，使溫差呈梯度漸變。由于塞貝克效應(yīng)，電子或空穴會(huì)從熱的一邊遷移到冷的一邊，這就將溫差轉(zhuǎn)化為電壓?？傠妷旱扔诿繉与妷旱暮?，所以增加層數(shù)就相當(dāng)于串聯(lián)電源增加電壓，而層數(shù)只受到熱源所能產(chǎn)生的總體溫差的限制。在新研究中，熱源的溫度限制在117℃，達(dá)到或超過(guò)這一溫度，聚合物會(huì)變形。

　　他們演示了一塊由72層纖維制作的“電氈”，在溫差為50℃時(shí)，能產(chǎn)生137納瓦的最大功率。理論上功率還能再提高，如用300層纖維產(chǎn)生100℃溫差，輸出功率將達(dá)到5毫瓦。

　　“目前做腕表材料的話，用這種纖維只要10平方厘米就夠了。而且薄膜層數(shù)越多(它們可以極薄)，小面積內(nèi)的功率就越高。我們現(xiàn)在的材料還沒(méi)達(dá)到最優(yōu)化，還能造出功率更高的材料?！本S克森林大學(xué)納米技術(shù)中心大衛(wèi)?卡洛說(shuō)，如果大規(guī)模地生產(chǎn)多層碳納米管/聚合物復(fù)合材料，用它們發(fā)電成本可以降到每瓦1美元，而且很容易生產(chǎn)。相比之下，碲化鉍等熱電材料的發(fā)電成本為每瓦7美元。

　　大規(guī)模生產(chǎn)這種材料就能以較低成本大量發(fā)電，在收集能量方面比其他方法更有成本競(jìng)爭(zhēng)力?！斑@種材料的用途很廣，且電流輸出功率很容易調(diào)節(jié)。如果需要更高功率，只需簡(jiǎn)單地?fù)Q個(gè)更大面積的。”卡洛說(shuō)。

　　研究人員預(yù)測(cè)，除了制作腕表，低成本有機(jī)熱電纖維還可用于服裝，比如做冬天穿的夾克的內(nèi)襯，利用體熱和戶外溫差給iPod等電子產(chǎn)品充電。此外，這種“電氈”還能用于回收利用汽車廢熱、提高燃料里程、作為座椅內(nèi)襯輔助給交通工具充電、安裝在屋頂板下面幫助減少房屋耗電量等。