“电子三明治”提高热电转换效率

朱崇恺

电厂、工厂、汽车、计算机甚至人体，在工作的过程中都会产生余热，这些余热又称为“废热”，而这一部分的热量往往都会被浪费掉。解決这个问题的方法之一，是将浪费的热量转换成电能，这被称为热电转换。但是，由于材料内所需特性之间的权衡关系，提高转换率一直很困难。

当热电材料中存在温差时，它能够将热能转化为电能，这种现象称为塞贝克效应。塞贝克效应的实质在于，两种金属接触时会产生接触电势差（电压），该电势差是由于两种金属中的电子溢出功不同以及两种金属中电子浓度不同造成的。科学家一直在研究如何将电子限制在狭窄的空间内，以此来提高热电转换效率。研究人员预测，如果德布罗意波长较长的电子（也就是更加分散的电子）被限制在一个狭窄的导电层中，那么热电转换效率可以显著提高，但这尚未得到实验证实。

由北海道大学太田裕道（Hiromichi Ohta）教授领导的研究小组设计了一个超晶格，其中电子分布比先前的实验扩大了30%。这不但导致了更高的电压，而且使热电转换效率比原先的记录增加了一倍。太田裕道教授认为“这是朝着降低电厂、工厂、汽车、电脑甚至人体浪费的热量的目标，迈出的重要一步”。