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143 脑子短路了
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143 脑子短路了

高幸他们的实验小组拿出ZT值达到1.72的薄膜样品,只能说热电材料课题组取得了阶段性的成绩,证明课题组总结分析的理论方向是正确的。并不代表整个研究课题已经取得全部成功,离真正应用还有很多需要研究完善的环节。

如果单纯的为了研究热电转换效能更高的材料,也许其它材料有更好的前景。国外有机构已经研究出ZT值接近2.6的硒化锡纳米晶体材料,证明硒化锡基材料热电转换效能更为出色。但硒化锡基材料工作温度达不到煤火治理的要求,更适合用于光伏能源领域。

课题组选择的研究方向以煤火治理为大前提,在热电材料的选择上主要考虑碲化铋和碲化铅这两个大类。

碲化铅的优势在于最佳作用温度大于碲化铋,相比起来更适合地下煤火区主要环境特征的要求,碲化铋基材料适用性相对较差一些。但碲化铅基材料的ZT值总体比碲化铋基材料热电值要低一些。

通俗来说,在煤火治理中,碲化铅基制备出来的热电材料更抗造,碲化铋热电转换效能更高,两种材料各有优劣。

课题组第一批抛出的四个课题就是碲化铋和碲化铅各两个。碲化铅基的研究主要着眼在ZT值的提高,而碲化铋基还要兼顾材料适用性的问题。

而碲化铋基热电材料的适用温度相对较低也不是鸡肋,比如在工业废热中就能发挥优势。

工业排放中低于450℃的水蒸气无法推动蒸汽涡轮机用于发电,属于废气,会被直接排放。低于100℃的废水余热基本没有利用价值,也大多被直接排放。

工业废热排放不但污染环境,还浪费了大量的热能。使用温差发电系统既能降低排放污染,也能带来额外能效利益,一举两得。但现阶段很少有企业使用温差发电系统。

表面上看来,这是企业短视,不注重环保和能源重复利用,但深层原因在于适合工业排放条件的温差发电技术还不成熟。

企业投入大笔资金建设温差发电系统,最后只能换来约5%的发电率,投入产出明显不成正比,没有多少企业愿意做这种费力不讨好的事情。

吴承越他们实验小组研究制备的碲化铋基热电薄膜虽然目前还不能用于煤火治理系统,但材料ZT值达到了1.72,热电转换效能至少能达到15%,比现有水平提高了整整一倍,已经基本具备使用在工业废热温差发电系统中的条件,只要在材料的适用性和稳定性上再进一步研究完善,就能实现这个目标。

有发电率提升一倍的温差发电系统面世,相信有不少企业会主动考虑把这种发电系统利用到工业废热处理中去。

学校已经安排其他研究团队在做这件事情了,不用多长时间,比现阶段技术有显著提高,更适合工业废热处理的温差发电系统就会问世。

这种碲化铋基热电薄膜材料的研制成功,不但在工业废热处理方面能发挥作用,其它合适这种材料工作条件的行业也陆续会有新的产品或技术问世。

这些话都是大师兄吴承越告诉高幸的。他之前就没想到过,才花了两个多月时间研究

制备出来的半成品材料居然很快就能为社会发展做贡献。现在的情形倒有点儿东边不亮西边亮的意思。

高幸终于知道为什么大师兄经常说他们从事的是基础研究,原来一种新材料问世,带来的影响不仅仅作用在一个点,而是一个面。

当然,高幸他们的主要目的是着眼于煤火治理,东边还是要亮起来的。

课题组选择锑化铋基材料作为研究方向之一,也考虑到这种材料向下温度兼容性较好的优势,向下的温度兼容性能避免地下煤火引导上来的热量温度过低,热电转换率就受影响的因素。

碲化铋基热电材料向下的温度兼容性虽然也能作用在地下煤火治理当中,但同时也需要有更好的高温耐受性。

热电材料并不直接在煤火燃烧的环境中工作,不过为了让煤火温差发电系统能有更强的适应性,正常情况下,温差发电材料应该有不低于800℃的高温耐受性。

高幸他们制备出来的材料ZT值达到1.72,比纯粹的碲化铋材料正常状态下0.52的ZT值提高了两倍还多,一方面是采用纳米技术制备出薄膜(超晶格)材料,另外还有一点,是在碲化铋基础上掺杂适量的锑元素。

但在混入锑元素之后,热电材料的温度适应范围也受到了一些影响,连碲化铋原有的450℃上限也达不到了。通过测试他们发现,制备成功的热电薄膜在环境温度达到300℃左右,碲元素会产生大量挥发的现象,导致热电性能大幅下降。

这一点很要命,完全跟他们要实现的目标方向相悖,如果剔除材料中的锑元素,ZT值会明显下降,而且耐受温度仅仅能恢复到450℃左右,温度再往上提高,还是存在碲元素因为高温快速挥发的问题。

林副校长几人来实验室视察的时候,高幸他们就提出过这个问题,几位大牛探讨了一番后,总结出两条思路,一是在材料晶格结构方面再做进一步研究,二是材料成分上多进行试验,不用拘泥于常规的条条框框。

准确的说,现在才是真正进入到深层研究的阶段,会遇到更多的问题,研究难度也会比之前提高许多,不过前面取得的突破让高幸像打了鸡血似的,精神头十足,一点不把接下来的困难放在眼中。

通过XRD进行薄膜结构分析后,高幸慢慢发现一个现象,在材料制备过程中,由于给衬底加热,会导致薄膜衬底积分强度下降,薄膜晶粒尺寸会变小,结晶性能变差。

碲元素在高温条件下容易挥发,他分析这个现象的成因估计是在材料溅射到衬底的时候,遇到高温,碲从晶格中脱离,导致碲化铋偏离原有的计量比,造成晶格结构的不稳定,才造成结晶性能变差。

发现这个情况后,高幸在系统空间反复试验在不同温度条件下制备薄膜的过程,最后发现,在不对衬底进行加热的条件下进行薄膜制备,薄膜结晶性能不受影响。

但新的问题又来了,这种情况下制备出来的材料对衬底的附着情况很不理想,薄膜表面极不平整,状态几乎脱离了“薄膜”这个词汇定义的范畴,弄出来的材料表征有些惨不忍睹。

高幸缩在系统空间里,不断

尝试各种可能,花了数百个小时都没找到能兼顾结晶性能和薄膜表征形态的方法。进入课题组以来,他第一次产生了束手无策的感觉,丧气的蹲在系统空间里唉声叹气。

“系统,我是不是太无能了?有你这个强大的黑科技系统傍身都解决不了问题。”

“你不是无能,是脑子短路了!”空灵女声淡淡冒出一句。

“呵呵,我还真是脑子短路了!好不容易弄出符合要求的热电薄膜,想做一些深入的研究,提高薄膜性能,弄出来的材料却不伦不类,感觉好像又回到了起点,现实中两个多月的时间和系统空间几千个小时的努力都白费了......也许我不适合搞科研,该去干别的?”

这是几个月来高幸第一次产生无力的挫败感,觉得不找个人发发牢骚真的要憋疯了,跟系统说说话好像也行。

“宿主,你不是不适合搞科研,是脑子短路了!”空灵女声再次强调了一遍这句话,露出十分明显的鄙夷,说道:“连这么简单的问题都想不明白?还要系统提醒你?”

“什么意思?”高幸觉得系统话里有话,不像是单纯的鄙视自己。

“你们地球人类的思维方式还真是奇特,有时候非常敏锐,有时候却蠢得匪夷所思!本系统就免费提醒宿主一句,你研究的是什么材料?”

“废话,你又不是看不见,我研究的是热电薄膜啊!”高幸怼了系统一句,忽然狠狠拍了自己脑袋一下,哈哈大笑:“系统,你没说错,我还真是脑子短路了!”

经过系统的提醒,高幸忽然明白过来,他捣鼓了这么长时间,已经找到了材料结晶性能变差的原因,却一直在纠结薄膜表征形态的问题。这不是脑子短路是什么?

这是惯性思维在作怪,天天看到、听到“薄膜”这个词,让他陷入了一个误区,本能的认为制备材料必须符合“薄膜”的特征,而忽视了这个研究课题的根本目的,他们要研制的是能够适用于煤火治理的的热电材料,只要制备出来的材料能够用于温差发电器上,是不是薄膜又有什么关系?

再说薄膜这个词在这个研究课题中,只是用于代指纳米结构的材料状态,也可以叫碲化铋基热电超晶格材料,材料表征只要对热电性能不产生影响,表征状态奇怪一点又有什么关系?

对于自己钻牛角尖,犯这种超级幼稚的错误,高幸也是哭笑不得。还好他只是在系统空间里发发牢骚,系统一提醒就反应过来了。要是在实验室里对大师兄或鲁教授他们提出这个问题,会不会被他们笑话死?

“系统,谢谢你啊!还好你提醒我了,没让我我傻乎乎跑出去跟别人说这事,嘿嘿!”

“宿主,本系统今天心情好,提前给你点提示,等宿主使用满八万七千六百点系统积分,系统将启动一个新功能,能让宿主定期总结整理所经历的事件,在大脑中形成完整的信息链永久保存,可以避免你今后犯同样愚蠢的错误。”

“八万七千六百积分?”高幸喃喃自语一句,抬头看了看虚空中的自己使用掉的积分数字,已经八万三千多了。不知不觉,自己在系统空间里都快待满快十年了。

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