鈮鈷銻合金（NbCoSb）曾是一種身份不明的合金材料，它“外表”是金屬的，而“個性”更像半導(dǎo)體。因為有望成為新一代高溫?zé)犭姴牧�，許多科學(xué)家都嘗試過合成純的1∶1∶1的鈮鈷銻，可至今沒人成功過。

近日，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱鐵軍教授的實驗室，制成了高純度的鈮鈷銻合金。實驗還證明，穩(wěn)定的鈮鈷銻合金，不屬于標(biāo)稱的19電子體系金屬，而是自帶“缺陷”的18電子體系半導(dǎo)體，是正宗的半導(dǎo)體熱電材料。這為科學(xué)家尋找新的熱電材料拓展了方向。

可以說，熱電材料無處不在。日常生活中的酒柜、飲水機、車載冰箱等能夠安安靜靜工作，就是靠一塊熱電材料實現(xiàn)保溫保冷。

熱電材料的另一個應(yīng)用場景，是溫差發(fā)電。在曠遠(yuǎn)持久的星際旅行中，外太空探測器無法得到陽光的補給，必須自帶“干糧”——核能電池。放射性同位素自然衰變產(chǎn)生熱，借助于熱電材料，實現(xiàn)溫差發(fā)電。

“溫差發(fā)電或許是深空探測目前唯一的供能方案。”朱鐵軍說，“熱電材料特別適合搜集移動的、分散的能量，比如將汽車排氣管的余熱轉(zhuǎn)換為電能，相當(dāng)于一個小型的移動電廠。”

因為小型、靜音、零損耗等優(yōu)點，全世界科學(xué)家都在尋找性能優(yōu)良的熱電材料，以適應(yīng)多種工作環(huán)境。

但全世界一直做不出高純度的鈮鈷銻合金。“是技術(shù)還達(dá)不到？還是本身就不存在這種比例的合金？”朱鐵軍和全球科學(xué)家們一起試圖尋找答案。

此前，美國加州理工學(xué)院Jeff Snyder教授課題組進(jìn)行了大量理論演算，認(rèn)為比例為0.8∶1∶1的18電子鈮鈷銻更穩(wěn)定。之后，Snyder聯(lián)系到朱鐵軍，提出在浙江大學(xué)通過實驗探究疑問。

朱鐵軍的實驗室里，有一臺先進(jìn)的磁懸浮熔煉儀器。它利用磁場產(chǎn)生渦流，一邊將金屬原料融化并懸浮于容器中，一邊持續(xù)“攪拌”，以達(dá)到最大程度的均質(zhì)混合。

利用這臺儀器，博士生夏凱陽得到了高純度的鈮鈷銻。經(jīng)過測試，這種高純度材料的熱電優(yōu)值（ZT）為0.9。

“雖然0.9的數(shù)值在熱電材料中并不算突出，但這足以讓我們感到興奮！”朱鐵軍說，“我們終于知道，鈮鈷銻原來是一種陽離子缺位的18電子體系，而不是19電子體系。”

“這有點像我們玩的抽積木游戲。”朱鐵軍從微觀結(jié)構(gòu)解釋這種現(xiàn)象，“在0.8∶1∶1的鈮鈷銻材料中，有原子缺位了。就像抽掉了一根積木，它依然還是穩(wěn)定的正方體結(jié)構(gòu)。”

這項研究給科學(xué)家尋找新的熱電材料打開了視野，并有望為未來外太空探測器提供發(fā)電的新材料。

朱鐵軍的論文《具有本征Nb空位的18電子鈮鈷銻半赫斯勒化合物中增強的熱電性能》發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》雜志。

(關(guān)鍵字：鈷 銻)