同步輻射技術結合相圖工程開發高效能熱電材料

Developing high-efficiency thermoelectric materials via phase diagram engineering and synchrotron radiation technology.

自工業革命以來，對能源的需求持續攀升，然而，嚴重的氣候變遷和能源枯竭的現象引起了廣泛的關注。在這樣的背景下，綠色能源產業和新型能源材料正迅速興起，其中熱電材料也成為研究的焦點之一。熱電材料的轉換效率常以熱電優值（zT）來評估，zT值與熱電轉換效能呈正相關。具有較高zT值（zT = 2–3）的熱電材料可應用於發電設備中。熱電材料的研發除了強調高轉換效率，可靠性也是不可忽視的因素。科學家們透過各種策略和鑑定技術，致力於開發兼具高穩定性和高效能的熱電材料，以因應當今的能源挑戰。近年來，中溫型熱電材料鍺碲合金（GeTe）因其優異的熱電傳導特性而受到廣泛關注。GeTe合金本身已具有相當高的轉換效率，同時，它也是相變材料，其晶體結構會隨著溫度和成分比例的變化而改變。然而，相變行為在熱電材料的應用中既有優勢也有挑戰。因此，在開發基於GeTe的高效能熱電材料之前，深入了解材料的基本特性變得至關重要。在熱電材料的開發過程中，相圖工程法起著關鍵作用，而非晶體結構的鑑定尤其重要。台灣同步輻射中心的TPS 19A高解析度X光粉末繞射提供了構建相圖所需的關鍵資訊，並且能夠深入分析材料的結構變化，精確地建立Ge-Te二元系統的相圖。最後，在高效能和穩定性兼具的熱電材料開發取得成果後，將其應用於模組設計成為下一階段的重要任務。中高溫熱電模組的設計面臨著挑戰，TPS 19A的高溫實驗和模擬結果有助於降低模組運行中的能量損失，提高模組的可靠性。總之，台灣同步輻射中心的研究提供了從材料開發到市場應用的全面支援，有望在新型能源材料領域取得重大的科技突破。透過持續成熟的技術，未來將實現更璀璨的能源科技前景。