日本科学家用金属碳纳米管制热电装置 将汽车发动机废热转化成电能

据外媒报道，首都大学东京（Tokyo Metropolitan University，将于2020年4月起将学校名称变更为东京都立大学）的科学家们采用排列整齐的“金属”碳纳米管制成了一种装置（热电装置），能够将热能转化成电能，而且输出功率比随机网络中采用纯半导体碳纳米管（CNT）制成的装置要高。此种新设备无需再平衡半导体的电导率和电压，大大优于同类产品，而且高功率的热电装置能够为更有效地利用废热铺平道路。

（图片来源：首都大学东京）

热电装置可以直接将热能转化成电能，在日常生活中，空调的废气、汽车发动机甚至是身体的热量通常都被浪费了，如果能够回收此类能量并加以利用，则具有革命性意义，也在一定程度上推动了可穿戴电子设备和光电子设备的发展，此类设备戴在皮肤上，由体温提供能量，如身体热能灯和智能手表等。

当温度形成梯度（有温差）时，热电装置输出的功率会受到该装置的电导率和塞贝克系数（Seebeck coefficient，表示在一定温差下产生的电压）的影响。问题是，塞贝克系数与电导率之间存在一种此消彼长的关系，当装置的导电性增强时，塞贝克系数就会下降。为了产生更多的能量，需要改善这两个方面。

半导体材料通常被认为是高性能热电装置的最佳选择，不过，首都大学东京Kazuhiro Yanagi教授领导的一支团队选择了“金属”CNT。与纯半导体CNT不同，金属CNT的电导率和塞贝克系数可以同时得到增强，从而打破了两者之间此消彼长的关系。该团队进一步证明，此种独特的特性源于该材料的一维金属电子结构。此外，研究人员能够调整该金属CNT的方向，输出的功率是随机定向纯半导体CNT的5倍。

高性能的热电元件不仅能够让人们用体温为智能手机提供动力，还可以用于生物医学，并在未来的日常生活中发挥重要作用。

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