溫差發電要想提高熱電效率，就必須要提高熱電材料的 ZT 值，隻有ZT值達到或者超過 4，這種技術才具有商用價值。然而，熱電效應發現 100 多年過去了，科學家們連 3 都很難達到。
為什麽熱電材料的 ZT 值這麽難提高?這要從溫差發電技術所依賴的物理原理——熱電效應本身說起。
金屬或者半導體的內部存在有一定數量的載流子（比如電子或者空穴），而這些載流子的密度會隨著溫度的變化而出現變化，如果物體的一端溫度高，另一端溫度低，就會在同一個物體中間出現不同的載流子密度。
隻要可以維持物體兩端的溫差，就能使載流子持續擴散，從而形成穩定的電壓，這便是溫差發電的原理。
而溫差發電的效率，取決於熱電材料的三個重要的特性：
第一、塞貝克係數（材料在有溫度差的情況下產生電動勢的能力），塞貝克係數越高，相同的溫差下產生的電動勢就越高，意味著能夠發出來的電就越多。
第二、電導率（材料的導電性），電導率越高，電子在材料內部就可以越容易地擴散。
第三、熱導率（材料的導熱係數），熱導率越高，熱量就可以更快速地從熱端傳遞到冷端，從而讓溫差發電所依賴的溫度差消失，電動勢也就隨之消失。
顯然對於熱電材料來說，前兩種能力是越強越好，而後一種能力則是越弱越好。
熱電優值係數 ZT，也就是這三個參數的集合：塞貝克係數越高、電導率越高、熱導率越低，ZT 值就越高，材料進行溫差發電的效率也就越高。
因此，熱電材料的研究，其關鍵就是如何提高材料的 ZT 值，也就是在實現高的塞貝克係數和電導率的同時，獲得低的熱導率。
不過想同時優化這三個參數，是一件十分困難的事情。因為這三種性質是相互關聯的，提升一種性質，往往伴隨著另一種、甚至兩種性質的指標出現削弱。
一般情況下，提升材料的塞貝克係數，就會降低其電導率。這種三個參數之間相互關聯的性質，這使得熱電材料的研發一直進展緩慢。
然而，三種參數“一損俱損、一榮俱榮”的這種關係，也不是完全絕對的。
這個“利益共同體”也有一個“叛徒”——熱導率，更準確地說，是熱導率的一部分。材料的熱導率包括兩個部分，分別是電子熱導率和聲子熱導率。
其中，前者與電導率息息相關，是“利益共同體”的一分子；但聲子熱導率，卻是在決定熱電材料性質的各種參數之中，唯一對 ZT 值裏其它所有的參數都沒有影響的參數。
這個維也納大學團隊的研究思路，便是在不影響材料電子熱導率的情況下，通過降低聲子熱導率的方式來降低整體熱導率。 本章尚未完結,請點擊下一頁繼續閱讀---->>>