新技术在提高热电材料的效率方面取得了颠覆性进展，这对于将废热转化为电能非常重要。据外媒报道，浦项科技大学（POSTECH）和乔治华盛顿大学（George Washington University）的研究人员开发出突破性技术，通过改变热电材料的几何形状使其类似于沙漏，从而提高材料效率。与之前仅关注材料特性的研究不同，这种新方法有望对热电发电领域产生深远的影响。
（图片来源：POSTECH）
该联合研究团队通过几何设计和3D打印工艺，成功开发出新的热电材料形状（之前仅限于长方体形状）。这种新设计大大提高了发电效率。
顾名思义，热电技术是一种将热能转化为电能的技术。作为一种可持续的可再生能源选项，该技术可以将工厂、汽车发动机甚至人体产生的热量转化为电能。热电技术的核心是热电材料，通常由固体热电半导体材料制成。目前为止，关于热电发动机的研究主要集中在提高热电材料的固有性能（ZT）。然而，为了实现广泛的实际应用，热电发电机的整体效率需要进一步提高，而不仅仅是增强材料性能。
在这项研究中，该团队证明，只需改变热电材料的几何形状和成分，就可以大幅提高发电效率。通过模拟八种不同的几何结构（包括传统长方体和沙漏形状），并测量每种结构的发电效率，研究团队发现，沙漏结构在所有发电条件下的表现均优于其他设计。
该团队进一步改进了3D打印工艺以生产复杂形状的热电材料，在材料内部形成高密度微层缺陷，以最大限度地降低热导率，将热电性能指数（ZT）提高到2.0。这是迄今3D打印热电材料达到的最高值。基于这些实验，该团队使用八种不同的结构来制造热电发电机，并测量了它们的效率。结果发现，沙漏形发电机的效率比传统矩形发电机高出约3.6倍。
研究负责人Jae Sung Son教授表示：“这项研究首次通过热电传输控制材料的三维几何形状来提高效率，而不像传统热电材料研究那样以微结构为重点。预计这种方法可以普遍应用于所有热电材料，也可用于热电冷却技术。”
