科学家们创造出能从热能中产生电能的晶体

科学家们创造出一种具有热电特性的合成硫化物矿物。在有效地将热能转化为电能的努力中，从无害的原材料中容易获得的材料为开发安全和廉价的所谓热电材料开辟了新的前景。根据最近发表在《Angewandte Chemie》杂志上的一项研究，一种合成铜矿物通过简单地改变其成分获得了复杂的结构和微观结构，从而为所需的特性奠定了基础。

这种新型合成材料由铜、锰、锗和硫组成，它的生产过程相当简单，法国卡昂CRISMAT实验室的CNRS研究员、材料科学家Emmanuel Guilmeau解释说，他是该研究的通讯作者。"这些粉末通过球磨进行简单的机械合金化，形成一个预结晶相，然后在600摄氏度下进行致密化。他说："这个过程可以很容易地扩大生产规模。"

热电材料可将热量转化为电能。这在工业过程中特别有用，因为在工业过程中，废热被重新利用为有价值的电力。相反的方法是冷却电子部件，例如在智能手机或汽车中。这类应用中使用的材料不仅要高效，而且要便宜，更重要的是要对健康安全。

然而，迄今为止使用的热电设备使用了昂贵和有毒的元素，如铅和碲，它们提供了最佳的转换效率。但为了找到更安全的替代品，Emmanuel Guilmeau和他的团队已经转向天然铜基硫化物矿物的衍生物。这些矿物衍生物主要由无毒和丰富的元素组成，其中一些还具有热电特性。

现在，该团队已经成功地生产出一系列的热电材料，在同一材料中显示出两种晶体结构。"我们对这个结果感到非常惊讶。通常情况下，稍微改变成分对这一类材料的结构没有什么影响，"Emmanuel Guilmeau在描述他们的发现时说。

研究小组发现，用铜取代一小部分锰产生了复杂的微结构，具有相互连接的纳米域、缺陷和连贯的界面，这影响了材料的电子和热的传输特性。

Emmanuel Guilmeau说，所生产的新型材料在400摄氏度（750华氏度）以下都很稳定，这个范围在大多数工业的废热温度范围内。他相信，在这一发现的基础上，可以设计出更便宜、无毒的新型热电材料来取代更多有问题的材料。