韩国和美国的联合研究小组已经开发出一种可扩展的生产先进合金的方法用于固态热电设备，这种新合金的效率约是现有材料的2倍。相关成果于4月3日发表在《科学》杂志上（Science, 2015, 348, 109, DOI: 10.1126/science.aaa4166）。

热电（TE）材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。法国物理学家Jean Charles Athanase Peltier在1834年发现，热电材料制备中温度控制这一关键概念。正是由于他的贡献，才有了材料制备和设计领域的稳定发展。尽管Peltier设备技术成熟，它们的能效仍然比传统压缩机/蒸发冷却设备低。

在20世纪60年代，Peltier设备主要由碲铋(Bi₂Te₃)或碲锑(Sb₂Te₃)合金制成，其最高效率为1.1，这意味着该合金转换的电量略低于释放的热量。Peltier设备使得合金技术取得不小的进步。

近日，韩国三星电子公司、江原国立大学、成均馆大学和加州理工学院组成的联合研究团队研制出一种更高效的TE合金。

TE金属合金由于具有极高的熔点，十分特殊。金属颗粒的结合不是通过金属的融化，而是通过烧结和热压技术。

在压实过程中，液体碲颗粒（红色）在低能晶界上形成位错，图来源：Science杂志

该团队制备TE合金的过程称为液体流动辅助烧结过程，以此将三种元素锑、碲、铋颗粒形成合金Bi_0.5Sb_1.5Te₃。多余的熔融碲形成颗粒间的液体加强合金的结合强度。

在利用这种技术制备合金的过程中，晶界起到十分关键的作用。与传统的烧结技术相比，此项技术制备的合金薄，关节精细程度高，使用温度和电导率高。这是由于新型的液相烧结在晶界和层间形成位错阵列，这些位错大大减少热传导阻碍，以此提高了材料的热电转换效率。

在实际测试中，该技术制备的30个样品在320K(46.85°C)时的效率（ZT）为1.86±0.15，最高达到2.01，高于行业标准将近一倍。当熔纺合金Bi_0.5Sb_1.5Te₃用于Peltier冷却器，结果也十分显著，新材料在热端温度300 K(26.85 °C)时能够实现81K的温差制冷，是目前块体BiTe基材料的最优值。

研究人员表示，这种材料的应用十分广泛。随着制造技术的发展，凭借高效冷却的性能，Peltier冷却设备可以代替传统的压缩式制冷系统，并作为电气设备和电子设备的电力冷却系统，为现代热电合金设备提供光明的前景。

英文来源：物理学家组织网报道（英文）

（摘编自新材料在线  http://www.xincailiao.com/html/weizixun/xianjinjiegoucailiao/2015/0413/3395.html）