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當(dāng)前位置:新聞動態(tài) > 公司動態(tài) > 自制“土”儀器在納米和原子尺度獲得重大突破
?用掌心的溫?zé)?,就能讓一個小小電扇轉(zhuǎn)起來,這就是熱電材料的神奇之處。這種能源材料,在太空、環(huán)保領(lǐng)域有著獨(dú)特的用途。
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二十多年前,中國在這一領(lǐng)域完全不被國際重視,如今中國研制的熱電材料、熱電器件的性能已領(lǐng)跑世界。帶動國內(nèi)這一領(lǐng)域發(fā)展的“排頭兵”中有一位從日本留學(xué)歸來的研究者———中科院上海硅酸鹽研究所研究員陳立東。
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在納米和原子尺度尋找熱電器件
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利用熱能發(fā)電的傳統(tǒng)方法,就是將水加熱變成蒸汽,再用蒸汽推動渦輪來發(fā)電。可有些材料卻可以直接用熱能激發(fā)電子,形成電流。早在1821年,科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了這種奇特的“熱電效應(yīng)”———如果人類可以利用這種方式發(fā)電,那么很多現(xiàn)在廢棄的熱能,都能充分利用起來。比如,工廠里現(xiàn)在很難回收利用的200℃至400℃的余熱,乃至汽車尾氣、垃圾焚燒等余熱也都能“變廢為寶”。
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“早在本世紀(jì)初,美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)就成立了研究小組,專門從事空間應(yīng)用熱電技術(shù)的研發(fā)?!标惲|2001年剛被中科院以“百人計劃”從日本引進(jìn)回國時,中國在這一領(lǐng)域接近空白?!爱?dāng)時,老院士嚴(yán)東生先生熱切地支持我回國,新能源材料領(lǐng)域中國是短板,他說未來這會非常重要,我們應(yīng)該在中國發(fā)展這一領(lǐng)域?!?/span>
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要做出轉(zhuǎn)化效率高、性能穩(wěn)定的熱電器件非常困難。首先,要尋找一種高性能熱電材料———它必須同時是熱的絕緣體和電的良導(dǎo)體。科學(xué)家需要在納米和原子尺度,尋找可將熱導(dǎo)率降低到極限,同時又能保持良好的電導(dǎo)率和熱電勢(由溫差產(chǎn)生的電壓)的晶體材料。而在制備熱電器件時,要綜合考慮熱電材料、導(dǎo)電電極、焊接材料等多種材料的熱膨脹、電阻、熱阻等各種參數(shù),器件制造過程中任何一點(diǎn)小的瑕疵就可能徹底扼殺熱電材料的功能。
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“這些‘婆婆媽媽’的小細(xì)節(jié),每一個都影響著熱電器件最后的性能?!标惲|說,很多看起來高大上的創(chuàng)新,實際上是探索過程中的“摸爬滾打”,看起來真有點(diǎn)“土”。
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自制儀器讓學(xué)生們深入了解測量原理
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陳立東的實驗室看起來有點(diǎn)“土”,里面有不少他帶著學(xué)生自制的設(shè)備。
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其中一間實驗室里,一臺紅外測溫設(shè)備搭建了一半———這是準(zhǔn)備用來探測微小電流下產(chǎn)生的微小溫差的?!澳壳?,熱電器件的性能國際上還沒有標(biāo)準(zhǔn)的測量方法?!标惲|說。
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陳立東回國時,中科院為他配備了200萬元人民幣啟動經(jīng)費(fèi),并招好了研究生,這使他的研究工作得到無縫銜接??墒?,新型熱電材料的許多性能,沒有現(xiàn)成的商業(yè)儀器可以精確測試。他只能帶學(xué)生自己設(shè)計并搭建設(shè)備,直到現(xiàn)在還是如此。
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這些自制的儀器即使不再使用,也將繼續(xù)留在實驗室,讓新入學(xué)的研究生用來了解測量原理和測量方法。陳立東說,新的測量設(shè)備自動化程度很高,用起來的確方便,可自制儀器卻能讓學(xué)生們深入了解其中的原理。
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這十幾年間,陳立東課題組將熱電器件的轉(zhuǎn)換效率從不到6%,提升到了12%,這是目前世界熱電器件轉(zhuǎn)化效率的最高值。同時,他還在基礎(chǔ)理論上獲得了突破———發(fā)現(xiàn)新型高性能熱電材料,曾獲得國家自然科學(xué)二等獎。
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如今,國內(nèi)整個熱電領(lǐng)域的研究人員較十幾年前已經(jīng)增長了幾十倍,中國在這個領(lǐng)域的影響力正在不斷增大,陳立東也先后當(dāng)選國際熱電學(xué)會理事和亞洲熱電聯(lián)盟主席。
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前來尋求產(chǎn)業(yè)化合作的美國、日本企業(yè)已有不少,國內(nèi)企業(yè)也漸漸出現(xiàn)。“現(xiàn)在國內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)與二十年前相比已經(jīng)大幅提升,國內(nèi)企業(yè)對新技術(shù)敏感性也日益增進(jìn)。”他說,目前熱電材料的民用化產(chǎn)品在全球也剛起步不久,他希望中國企業(yè)可以接上這一棒,把科研的領(lǐng)先優(yōu)勢延續(xù)到產(chǎn)業(yè)界。
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(原文標(biāo)題:自制“土”儀器“玩”出科研高精尖)
文章鏈接:中國儀表網(wǎng) http://www.ybzhan.cn/news/detail/65097.html