浙大科学家提醒铌钴锑合金真实成分有望成星际游览新资料？

时间: 2024-01-13 01:57:02 |   作者: 新闻中心

  铌钴锑合金（NbCoSb）曾是一种身份不明的合金资料，“表面”是金属的，而“特性”更像半导体。因为有望成为新一代高温热电资料，许多科学家都尝试过组成纯的1:1:1的铌钴锑，可至今没人成功过。这是怎么回事呢？

  浙江大学资料科学与工程学院朱铁军教授的试验室，近来制成了高纯度的铌钴锑合金，它纠正了科研人员长久以来的一个知道误区——1:1:1的铌钴锑合金并不存在！安稳的铌钴锑合金，不属于标称的19电子系统金属，而是自带“缺点”的18电子系统半导体，一类正宗的半导体热电资料。

  被误解多年的铌钴锑合金，总算回到半赫斯勒热电资料的大宗族，一起，这为科学家寻觅新的热电资料拓宽了方向。

  你是否留心过，酒柜、饮水机、车载冰箱等都是安安静静的“作业者”。它们没有嗡嗡作响的压缩机，靠一块热电资料完成保温保冷。热电资料是一种能完成电能与热能彼此转化的资料。在车载冰箱中，热电资料使用电流产生吸热效应，然后发挥保冷功用。

  “温差发电或许是深空勘探现在仅有的供能计划，”从博士生时期到现在，朱铁军教授研讨热电资料现已20年了， “热电资料很合适收集移动的、涣散的能量，比方将轿车排气管的余热转化为电能，相当于一个小型的移动电厂。”因为小型、静音、零损耗等长处，全世界科学家都在寻觅功能优秀的热电资料，以习惯多种作业环境。半赫斯勒合金便是这里边一类。

  许八成赫斯勒合金具有半导体特性，表现出很好的热电功能，安稳性和机械功能杰出，是优质的热电资料。“热电资料有不同的温度作业区间，咱们的爱好在于耐600℃以上高温的半赫斯勒资料。”朱铁军说。

  朱铁军被一连串问题困扰着。在半赫斯勒合金宗族中，有一条清楚的分界线的合金能构成安稳的立方晶体结构，表现出半导体特性；而外层电子数是17或许19的，则为金属。热电资料都来自于18电子系统的半赫斯勒合金。例如锆镍锡，便是一种典型的18电子系统半赫斯勒合金。

  依据元素周期表，1:1:1的铌钴锑合金的外层电子数为19，科学家将其标定为金属。但这种金属的“特性”却更趋向半导体。“它不像是一个简简单单的金属，热电功能要比一般金属好许多。”美国休斯顿大学任志峰教授课题组的一篇论文让朱铁军若有所悟。

  加州理工学院Jeff Snyder教授课题组进行了很多理论演算，以为份额为0.8:1:1的18电子铌钴锑更安稳。因为在试验上他们没办法制备0.8:1:1的铌钴锑，Snyder教授给朱铁军教授发来一封邮件，提出能否在浙大经过试验来进一步探求这个疑问。

  朱铁军的试验室里，有一台先进的磁悬浮熔炼仪器。它就像一个磁场驱动的拌和器，使用磁场产生涡流，一边将金属质料消融并悬浮于容器中，一边继续“拌和”，以到达最大极限的均质混合。使用这台仪器，博士生夏凯阳得到了高纯度的铌钴锑。

  图(a).NbCoSb试样抛光面的背散射电子像(BSE)相片中有显着的衬度改变，标明试样中存在很多的第二相或元素组成改变。图(b)-(e).Nb0.80CoSb试样腐蚀面的二次电子像(SEM)相片及X射线能谱元素散布图标明，在尽管Nb0.80CoSb中元素存在有很多的Nb缺量(空位)，但试样中的各元素散布均匀，并没产生显着偏析现象。（典礼：课题组）

  X射线衍射成果让朱铁军的心中的疑团采纳解开：公然不是1:1:1，而是0.8:1:1!经过测验，这种高纯度资料的热电优值（ZT）为0.9,远远高出了之前现已报导的0.4。“尽管0.9的数值在热电资猜中并不算杰出，但这足以让咱们感到振奋！”朱铁军说，“咱们总算知道，铌钴锑原来是一种阳离子缺位的18电子系统，而不是19电子系统。”

  “这有点像咱们玩的抽积木游戏，”朱铁军从微观结构解说了这种现象，“在0.8:1:1的铌钴锑资猜中，有原子缺位了。就像抽掉了一根积木，它仍然仍是安稳的正方体结构。”

  这项研讨给科学家寻觅新的热电资料打开了新的视界。“所谓的19电子半赫斯勒化合物，有部分其实是阳离子缺位的18电子系统，经过调理点缺点，咱们可明显改进热电功能。” 朱铁军说。