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　　每年在美國生產(chǎn)的能源中，近70％被浪費掉。大部分的熱量都低于100攝氏度，并且多產(chǎn)生于諸如電腦、汽車或大型工業(yè)過程等來源。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的工程師開發(fā)出了一種薄膜系統(tǒng)，可以將這種系統(tǒng)應(yīng)用于這種廢熱源，從而以這種技術(shù)史無前例的水平產(chǎn)生能量。

　　該薄膜系統(tǒng)使用了一種叫做熱釋電轉(zhuǎn)換的過程，工程師們的新研究表明，這種技術(shù)非常適合于100攝氏度以下的熱能供應(yīng)，稱為低質(zhì)廢熱。熱釋電轉(zhuǎn)換就像許多把熱能轉(zhuǎn)化為能量的系統(tǒng)一樣，利用熱力學(xué)循環(huán)最有效，類似于汽車發(fā)動機的工作原理。但與汽車發(fā)動機不同，熱釋電轉(zhuǎn)換可以在固體狀態(tài)下完全實現(xiàn)，沒有移動部件，因為它將廢熱轉(zhuǎn)化為電能。

　　新的研究結(jié)果表明，這種納米薄膜技術(shù)可能對安裝和收集高速電子產(chǎn)品的廢熱特別有吸引力，但可能有很大的應(yīng)用范圍。對于波動的熱源，研究報告指出，與其他形式的熱釋電能量轉(zhuǎn)換相比，薄膜可以將更多能量密度、功率密度和效率水平的廢熱轉(zhuǎn)化為可用能量。

　　材料科學(xué)與工程副教授Lane Martin說：“我們知道我們需要新能源，但我們還需要在利用我們已有的能源方面做得更好，這些薄膜可以幫助我們擠出比我們今天所獲得的更多能源。”

　　這項研究于4月16日在Nature Materials雜志上發(fā)表。這項研究部分得到陸軍研究辦公室和國家科學(xué)基金會的資助。

　　熱釋電行為早已被人們所知，但準(zhǔn)確測量熱釋電系統(tǒng)的薄膜性能仍然是一個挑戰(zhàn)。這項新研究的一個重要貢獻是提高熱釋電物理的理解。

　　Martin的研究團隊合成了厚度僅為50-100納米的薄膜，然后與伯克利機械工程副教授Chris Dames一起制作并測試了基于這些薄膜的熱電裝置結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)允許工程師同時測量所產(chǎn)生的溫度和電流，并利用熱量來測試設(shè)備的發(fā)電能力， 所有這些都在厚度小于100納米的薄膜上進行。

　　Martin說：“通過創(chuàng)建一個薄膜器件，我們可以快速地從系統(tǒng)中獲得熱量，從而使我們能夠以前所未有的水平訪問訪問熱電源。我們所做的就是在這個系統(tǒng)中利用熱能和電場，我們可以提取能量。”

　　本研究報告轉(zhuǎn)換能量密度的熱釋電能源的新紀(jì)錄（1.06焦耳/立方厘米），功率密度（526瓦/立方厘米）和效率（卡諾效率，19%是對熱機的效率標(biāo)準(zhǔn)度量單位）。這一系列研究的下一步將是更好地將薄膜材料優(yōu)化為特定的廢熱流和溫度。

來源：University of California - Berkeley 

文獻信息：Shishir Pandya et al, Pyroelectric energy conversion with large energy and power density in relaxor ferroelectric thin films, Nature Materials (2018). DOI: 10.1038/s41563-018-0059-8

來源：智識咨詢

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