據報道，美國西北大學（Northwestern University）的工程師們已經開發出一種新的熱電材料，這可能是目前為止效率最高、可用于設備開發的實用熱電材料。這項研究成果已發表在《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

據了解，這種全新的、經過改進成多晶形式的純化硒化錫，在將熱轉化為電能方面優于單晶形式，使其成為有記錄以來最高效的熱電材料。研究人員在識別并消除了早期研究中降低性能的氧化問題后，能夠實現高轉化率。

熱電系統通過溫度梯度發電。加熱一種特殊材料的一側可以導致電子開始從較熱的一邊移動到較冷的一邊，在這個過程中產生電流。人們希望這項技術能夠幫助回收電子產品、發電廠、發動機甚至炊具中以熱能形式被浪費掉的能源。

為了充分利用這項技術，熱電材料需要一些特性。它們需要有高電導率和低熱導率，這樣當熱量停留在一邊時，電子可以很容易地通過。此外，它們還需要能夠有效地利用溫度梯度發電，理想情況下，它們應該能夠承受高溫。

所有這些屬性都與最終的轉化效率相關，并反映在它的“品質因數”上，這個數字稱為ZT。數字越高，轉化率越高。早先發現單晶硒化錫的ZT在913開爾文時約為2.2至2.6。然而，這種材料太脆弱，不適合大規模生產。

所以，研究人員開始將其制成多晶形式，這種形式更堅固，更容易根據需要切割和塑形。而且在這項新研究中，研究人員發現多晶形式的純化硒化錫在783開爾文下的ZT約為3.1。其熱導率極低，低于單晶。

研究人員表示，多晶硒化錫可以開發用于各種行業的固態熱電設備，具有巨大的節能潛力。一個關鍵的應用目標是收集工業廢熱，例如來自發電廠、汽車工業以及玻璃和制磚廠的廢熱，并將其轉化為電能。全球超過65%的化石燃料能源以廢熱形式流失。

該研究的通訊作者Mercouri Kanatzidis說：“這為用多晶硒化錫顆粒制造新設備及其應用探索打開了大門。這些設備還沒有像太陽能電池那樣流行起來，要制造出好的設備還面臨著重大挑戰。我們正專注于開發一種低成本、高性能的材料，推動熱電設備得到更廣泛的應用。”

西北大學擁有硒化錫材料的知識產權。熱電材料的潛在應用領域還包括汽車工業（大量汽油的勢能從汽車排氣管中流出）、重工業（如玻璃和制磚、煉油廠、燃煤和燃氣發電廠）以及大型內燃機連續運行的地方（如大型船舶和油輪）。