黄豪杰一篇篇的翻阅着关于离子发和光子发的资料，这些资料很多是理论上的论文，当然其中离子发方面的实际应用还是有不少的。

    米粒家、太阳国、西洲联盟都有离子发的卫星或者探测器，特别是深空探测器方面，钚同位素电池配合离子发，才可以飞行几十年。

    不然那些动辄飞行几十年的探测器，根本没有办法采用化学燃料发动机。

    看了小半天，但是解决核聚变小型化的热量问题，有用的依旧是寥寥无几。

    不过离子发和光子发还是非常有潜力的，黄豪杰向忠问道

    “我记得我们是不是有一个离子发动机研究所”

    ［是的，离子发动机研究所在基隆市，所长是周博通，总工程师是三岛季。］

    “周伯通”黄豪杰好奇的抬起头来。

    ［╭′o′╭是博学多才的博。］

    “额”黄豪杰顿时一尬，连忙转移话题

    “将我实验室里面的5、6、7号小型反应炉送去离子发动机研究所，让他们研究核聚变的离子发动机，顺便连光子发动机的任务也给他们了。”

    ［好的。］

    黄豪杰吩咐了这个事情之后，便将注意力集中在温差发电上面，温差发电是一种简单直接的发电技术。

    无需复杂的设备装置，只要一种叫做“热电材料”的特殊材料，在其两端施加以温度差比如，一端是27摄氏度凉水，另一端是100摄氏度的开水，这73摄氏度的温度差，就可以让这种材料发出一定功率的电能。

    既然优点这么多、潜力巨大的发电技术，为什么很少听说有应用

    因为温差发电有一个致命的缺陷效率太低。

    现有最好的温差发电材料，其热效率只有常规火力发电厂的一半不到，比地热发电的效率还低地热发电效率在618左右，这么低的热效率，那些资本家又不是傻叉，怎么会做这种亏本买卖。

    不过黄豪杰在翻阅到一篇发表在nature上的论文时，发现这篇论文给了他给不少的启发。

    这篇论文是由西洲联盟奥地利维也纳工业大学estbauer教授领衔的研究团队发表的。

    论文之中的数据显示，他们实现了温差发电材料的关键性能指标热电优值系数zt值的翻倍。

    他们开发的热电材料具有高达5到6的热电优值系数，而之前最好的材料一般也只有大约到28。

    黄豪杰顿时重点关注起来，让忠将这个团队关于热电材料的资料收集起来，不一会一大堆资料出现在他全息电脑里面。

    温差发电要想提高热电效率，就必须要提高热电材料的值，只有zt值达到或者超过4，这种技术才具有商用价值。然而，热电效应发现100多年过去了，科学家们连3都很难达到。

    为什么热电材料的值这么难提高这要从温差发电技术所依赖的物理原理热电效应本身说起。

    金属或者半导体的内部存在有一定数量的载流子比如电子或者空穴，而这些载流子的密度会随着温度的变化而出现变化，如果物体的一端温度高，另一端温度低，就会在同一个物体中间出现不同的载流子密度。

    只要可以维持物体两端的温差，就能使载流子持续扩散，从而形成稳定的电压，这便是温差发电的原理。

    而温差发电的效率，取决于热电材料的三个重要的特性

    第一、塞贝克系数材料在有温度差的情况下产生电动势的能力，塞贝克系数越高，相同的温差下产生的电动势就越高，意味着能够发出来的电就越多。

    第二、电导率材料的导电性，电导率越高，电子在材料内部就可以越容易地扩散。

    第三、热导率材料的导热系数，热导率越高，热量就可以更快速地从热端传递到冷端，从而让温差发电所依赖的温度差消失，电动势也就随之消失。

    显然对于热电材料来说，前两种能力是越强越好，而后一种能力则是越弱越好。

    热电优值系数zt，也就是这三个参数的集合塞贝克系数越高、电导率越高、热导率越低，zt值就越高，材料进行温差发电的效率也就越高。

    因此，热电材料的研究，其关键就是如何提高材料的值，也就是在实现高的塞贝克系数和电导率的同时，获得低的热导率。

    不过想同时优化这三个参数，是一件十分困难的事情。因为这三种性质是相互关联的，提升一种性质，往往伴随着另一种、甚至两种性质的指标出现削弱。

    一般情况下，提升材料的塞贝克系数，就会降低其电导率。这种三个参数之间相互关联的性质，这使得热电材料的研发一直进展缓慢。

    然而，三种参数“一损俱损、一荣俱荣”的这种关系，也不是完全绝对的。

    这个“利益共同体”也有一个“叛徒”热导率，更准确地说，是热导率的一部分。材料的热导率包括两个部分，分别是电子热导率和声子热导率。

    其中，前者与电导率息息相关，是“利益共同体”的一分子；但声子热导率，却是在决定热电材料性质的各种参数之中，唯一对值里其它所有的参数都没有影响的参数。

    这个维也纳大学团队的研究思路，便是在不影响材料电子热导率的情况下，通过降低声子热导率的方式来降低整体热导率。

    具体到材料的微观层面，就是在不影响电子输运的前提下，通过一些特殊的构造，来增强声子的散射，从而只降低材料的声子热导率，却不改变其它参数。

    他们从2013年开始，经过多年的研究，发现了一种可以同时实现高电子热导率和低声子热导率的材料。

    用一层覆盖在硅晶体上的由铁、钒、钨和铝元素组成的合金材料，实现了高达5到6的值，让值比现有最好水平翻了倍。

    在通常情况下，这种由铁、钒、铝、钨四种元素组成的合金，其结构非常规则，例如，钒原子旁边一定只有铁原子，铝原子也一样，而两个相邻的同元素原子之间的距离也总是一样。

    然而，当科学家们把薄薄的一层这种材料，与硅材料基底相结合的时候，神奇的事情就出现了。

    尽管这些原子仍然维持着原有的立方体的结构，但原子之间的相互位置却发生了剧烈的改变。

    以前该是一个钒原子出现的位置，现在可能变成了一个铁原子或者铝原子；而一个铝原子旁边本来该是一个铁原子，现在可能还是一个铝原子，甚至是一个钒原子。

    而且，这种各个原子之间位置的改变，完全随机，毫无规律可循。

    这种有序和无序相结合的晶体结构，就让材料产生了独特的性质

    电子依然可以有自己的特殊路径，在晶体里“自由”穿梭，使得电导率和电子热导率不受影响；但热量传导依赖的声子迁移却被不规则的结构阻隔，导致声子热导率大幅下降。

    这样一来，热端和冷端的温度差得以维持，由此产生的电势差也就不会消失。

    维也纳大学团队也就实现了梦寐以求的热电材料电子热导率不变、声子热导率下降，从而大幅提升zt值到6的目标。

    而他们的理论上，如果可以改变相关概念材料的拓扑结构，zt值达到20也将不再只是梦想。

    zt值达到6，热效率将达到12左右，如果zt值可以提升到20，热效率可以和蒸汽轮机相提并论。

    而温差发电设备和蒸汽轮机比起来，那个结构就简单到极点，比如上面提到的钚同位素电池，它就是温差发电电池。

    不过材料学方面，黄豪杰不如正统的李想他们，他连忙向材料研究所发了一个研究课题，让材料研究所专门研发一种zt值为20左右的热电材料。

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