19 世紀(jì)，科學(xué)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(xué)家設(shè)計(jì)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(qiáng)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(xué)渦輪運(yùn)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(jī)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(yuǎn)低于熱電廠的效率。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工學(xué)院的蒂爾曼·艾斯林格領(lǐng)導(dǎo)的量子光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(xué)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(jié)構(gòu)，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(fù)雜材料的行為是ETH 的科學(xué)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(dǎo)體甚至一些導(dǎo)電設(shè)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?！?/p>

盡管目前該研究仍處于“襁褓”階段，但他們表示，該實(shí)驗(yàn)可能會對材料科學(xué)產(chǎn)生重大影響。研究人員讓－菲利普·布蘭圖特說:“我們的實(shí)驗(yàn)有望作為一種基準(zhǔn)?！痹撗芯繄F(tuán)隊(duì)打算在未來兩年內(nèi)研究更復(fù)雜的系統(tǒng)。

科學(xué)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?yàn)樘烊徊牧戏浅?fù)雜，很難對其做實(shí)驗(yàn)，借用這一系統(tǒng)，可以進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)也使科學(xué)家們能采用一種可控的方式，對熱電的基礎(chǔ)過程進(jìn)行研究，這將有助于未來熱電材料的模擬和設(shè)計(jì)。

目前，熱電技術(shù)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(shè)備供電，但專家們希望，這一技術(shù)未來能用于更多領(lǐng)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(fèi)應(yīng)用包括:通過身體熱為手機(jī)或手表充電等等。