自製“土”儀器在納米和原子尺度獲得重大突破

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 用掌心的溫熱
，就能讓一個小小電扇轉起來，這就是熱電材料的神奇之處。這種能源材料


，在太空、環保領域有著獨特的用途。
 
       
 
　　二十多年前，中國在這一領域完全不被國際重視，如今中國研製的熱電材料
、熱電器件的性能已領跑世界。帶動國內這一領域發展的“排頭兵”中有一位從日本留學歸來的研究者———中科院上海矽酸鹽研究所研究員陳立東。
 
　　在納米和原子尺度尋找熱電器件
 
　　利用熱能發電的傳統方法，就是將水加熱變成蒸汽，再用蒸汽推動渦輪來發電。可有些材料卻可以直接用熱能激發電子
，形成電流。早在1821年，科學家就發現了這種奇特的“熱電效應”———如果人類可以利用這種方式發電，那麼很多現在廢棄的熱能，都能充分利用起來。比如，工廠裏現在很難回收利用的200℃至400℃的餘熱，乃至汽車尾氣、垃圾焚燒等餘熱也都能“變廢為寶”。
 
　　“早在本世紀初
，美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室(JPL)就成立了研究小組，專門從事空間應用熱電技術的研發。”陳立東2001年剛被中科院以“百人計劃”從日本引進回國時，中國在這一領域接近空白。“當時，老院士嚴東生先生熱切地支持我回國，新能源材料領域中國是短板，他說未來這會非常重要，我們應該在中國發展這一領域。”
 
　　 要做出轉化效率高、性能穩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ta必bi須xu同tong時shi是shi熱re的de絕jue緣yuan體ti和he電dian的de良liang導dao體ti。科ke學xue家jia需xu要yao在zai納na米mi和he原yuan子zi尺chi度du，尋xun找zhao可ke將jiang熱re導dao率lv降jiang低di到dao極ji限xian
，同tong時shi又you能neng保bao持chi良liang好hao的de電dian導dao率lv和he熱re電dian勢shi(由溫差產生的電壓)的晶體材料。而在製備熱電器件時
，要綜合考慮熱電材料
、導電電極
、焊接材料等多種材料的熱膨脹、電阻、熱阻等各種參數，器件製造過程中任何一點小的瑕疵就可能徹底扼殺熱電材料的功能。
 
　　“這些‘婆婆媽媽’的小細節，每一個都影響著熱電器件最後的性能。”陳立東說
，很多看起來高大上的創新，實際上是探索過程中的“摸爬滾打”，看起來真有點“土”。
 
　　自製儀器讓學生們深入了解測量原理
 
　　陳立東的實驗室看起來有點“土”，裏麵有不少他帶著學生自製的設備。
 
　　其中一間實驗室裏，一台紅外測溫設備搭建了一半———這是準備用來探測微小電流下產生的微小溫差的。“目前
，熱電器件的性能國際上還沒有標準的測量方法。”陳立東說。
 
　　陳立東回國時，中科院為他配備了200wanyuanrenminbiqidongjingfei，bingzhaohaoleyanjiusheng，zheshitadeyanjiugongzuodedaowufengxianjie。keshi
，xinxingrediancailiaodexuduoxingneng，meiyouxianchengdeshangyeyiqikeyijingqueceshi。tazhinengdaixueshengzijishejibingdajianshebei
，zhidaoxianzaihaishiruci。
 
　　這zhe些xie自zi製zhi的de儀yi器qi即ji使shi不bu再zai使shi用yong，也ye將jiang繼ji續xu留liu在zai實shi驗yan室shi，讓rang新xin入ru學xue的de研yan究jiu生sheng用yong來lai了le解jie測ce量liang原yuan理li和he測ce量liang方fang法fa。陳chen立li東dong說shuo，新xin的de測ce量liang設she備bei自zi動dong化hua程cheng度du很hen高gao，用yong起qi來lai的de確que方fang便bian，可ke自zi製zhi儀yi器qi卻que能neng讓rang學xue生sheng們men深shen入ru了le解jie其qi中zhong的de原yuan理li。
 
　　這十幾年間

，陳立東課題組將熱電器件的轉換效率從不到6%，提升到了12%
，這是目前世界熱電器件轉化效率的最高值。同時

，他還在基礎理論上獲得了突破———發現新型高性能熱電材料
，曾獲得國家自然科學二等獎。
 
　　如(ru)今(jin)，國(guo)內(nei)整(zheng)個(ge)熱(re)電(dian)領(ling)域(yu)的(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)較(jiao)十(shi)幾(ji)年(nian)前(qian)已(yi)經(jing)增(zeng)長(chang)了(le)幾(ji)十(shi)倍(bei)，中(zhong)國(guo)在(zai)這(zhe)個(ge)領(ling)域(yu)的(de)影(ying)響(xiang)力(li)正(zheng)在(zai)不(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，陳(chen)立(li)東(dong)也(ye)先(xian)後(hou)當(dang)選(xuan)國(guo)際(ji)熱(re)電(dian)學(xue)會(hui)理(li)事(shi)和(he)亞(ya)洲(zhou)熱(re)電(dian)聯(lian)盟(meng)主(zhu)席(xi)。
 
　　前來尋求產業化合作的美國
、日本企業已有不少，國內企業也漸漸出現。“現在國內的工業基礎與二十年前相比已經大幅提升，國內企業對新技術敏感性也日益增進。”他說
，目前熱電材料的民用化產品在全球也剛起步不久
，他希望中國企業可以接上這一棒
，把科研的領先優勢延續到產業界。
 
　　(原文標題：自製“土”儀器“玩”出科研高精尖)
文章鏈接：中國儀表網 http://www.ybzhan.cn/news/detail/65097.html