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研究人員從無害的原材料中發(fā)現(xiàn)了新的能夠?qū)徂D(zhuǎn)化為電的材料，為發(fā)展安全、廉價的“熱電材料”開辟了新的前景。這種材料就是合成銅礦物，合成銅礦物通過其組成的簡單變化能夠形成復雜結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)，從而為所需的性能奠定了基礎(chǔ)。這項研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。

法國卡昂CRISMAT實驗室的CNRS研究員，也是這項研究的通訊作者Emmanuel Guilmeau解釋說：“這種新型合成材料由銅、錳、鍺和硫組成，生產(chǎn)過程相當簡單。粉末簡單地通過球磨機械合金化，形成預結(jié)晶相，然后在600攝氏度的溫度下致密化。這個過程可以很容易地擴大規(guī)模。”

熱電材料將熱轉(zhuǎn)化為電，這在工業(yè)過程中特別有用，因為廢熱可以作為有價值的電力重新利用。然而，迄今為止使用的目前轉(zhuǎn)換效率最好的熱電裝置利用的是昂貴的鉛和碲等有毒元素，為了找到更安全的替代品，Emmanuel Guilmeau和他的團隊轉(zhuǎn)向了天然銅基硫化物礦物的衍生物。這些礦物衍生物主要由無毒的豐富元素組成，其中一些具有熱電性質(zhì)。

現(xiàn)在，該團隊已經(jīng)成功地生產(chǎn)出一系列熱電材料，在同一材料中顯示出兩種晶體結(jié)構(gòu)。研究小組發(fā)現(xiàn)，用銅替換一小部分錳會產(chǎn)生復雜的微結(jié)構(gòu)，其中包含相互連接的納米域、缺陷和相干界面，這些都會影響材料對電子和熱的傳輸特性。

Emmanuel Guilmeau表示，這種新材料在400攝氏度的溫度下非常穩(wěn)定，這一溫度范圍在大多數(shù)工業(yè)的廢熱溫度范圍內(nèi)。他確信，基于這一發(fā)現(xiàn)，可以設(shè)計出更便宜的、新穎的、無毒的熱電材料來取代現(xiàn)存更多的問題材料。

該研究論文題為"Engineering Transport Properties in Interconnected Enargite-Stannite Type Cu2+xMn1−xGeS4 Nanocomposites"，已發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。主要作者為Emmanuel Guilmeau。

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參考資料：DOI: 10.1002/anie.202210600

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標簽： 熱電材料