創新薄膜設備：將電子產品廢熱轉化為能源！
美國每年約有70%的能源以熱量的形式浪費掉。不論是大型工業生產工藝，還是汽車或者電腦，運行期間所釋放出的大部分熱量的溫度均小於100°C。目前，加利福尼亞大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的工程師們已設計出一種可應用於這類廢熱源上的薄膜系統，該系統產生能量的水平迄今為止是最高。
該薄膜裝置模型說明系統如何將廢熱轉化為能量
(圖片來源：Shishir Pandya)
在這種薄膜系統中，採用了一種稱為熱電能轉換的方法。最新研究表明，該方法適合於開發低於100°C或低質量的廢熱餘熱能源供應。這種系統中的能量轉化方式類似於將熱能轉化為能量的其他系統，熱電能量轉換與熱力學循環相一致，類似於汽車引擎。然而，與汽車發動機不同的是，熱電能量轉換可在固態下完全實現，而不需在廢熱轉化為電能時移動任何部件。
最新結果表明，在特定的情況下，這種納米薄膜技術可安裝在高速電子設備上，並將其產生的廢熱轉換為能量。當然，此技術也有很廣泛的應用空間。研究表明，與其他形式的熱電能量轉換相比，薄膜將廢熱轉化成的可用能量以及功率密度、能量密度和效率水平等更高。
材料科學與工程副教授、資深作家Lane Martin說。「我們知道我們需要新的能源，但也需要更好地利用現有的資源。這些薄膜可幫助我們從廢棄能源中得到更多更有用的能量。」
該研究報告於2018年4月16日在《自然材料》雜誌上發表。該研究得到了陸軍研究辦公室和國家科學基金會的資助。
儘管熱電行為長期以來都是眾所周知的，但精確測量熱電系統薄膜的特性卻是非常困難的。這項新研究的一個重要貢獻是揭示了這一過程，並提升了我們對熱電物理學的認知。
Martin和他的團隊製作了厚度只有50-100nm的薄膜材料。之後，該團隊與伯克利的機械工程副教授Dames和他的團隊合作，建立並測試了基於這些薄膜的熱電裝置結構。這些結構使團隊能夠同時測量溫度、所產生的電流以及源熱來測試器件的發電能力—所有這些都是在厚度小於100 nm的薄膜上進行的。
「通過建造薄膜裝置，我們能夠快速將熱量從這個系統中流通，因此我們能以前所未有的速度獲取熱電動力，而這些熱量將隨著時間推移而發生波動。我們所做的就是尋找熱量，並在這個熱源系統中施加電場，以便我們提取能量。」資深作家、材料科學與工程副教授Lane Martin說。
該研究顯示：熱電能量轉換的新記錄-功率密度為526W/cm3，能量密度為1.06J/cm3，效率為卡諾效率的19%(以上單位均為熱機效率的標準單位)。
這一研究的下一階段將是將薄膜材料更好的應用到特定的廢熱溫度和氣流當中去。
馬丁補充說：「我們所要做的部分工作是建立一個協議，讓我們能夠推進研究熱電材料的極端情況，這樣的話，你給我一個廢熱流，我就可以給你一個經過優化的材料來解決你的問題。」
文章來自azonano網站，原文題目為Innovative Thin-Film Device for Converting Electronics" Waste Heat into Energy，由材料科技在線匯總整理。
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