籠形包合物是指擁有很多微小的籠狀結(jié)構(gòu)并能將單個(gè)原子“關(guān)”在其中的晶體，這些原子能夠顯著改變晶體的材料特性。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月22日報(bào)道，奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家通過將鈰原子捕獲在籠形包合物中，創(chuàng)建出一種具有極強(qiáng)熱電性能的新材料，可用于將廢熱轉(zhuǎn)化為電能。

當(dāng)工業(yè)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中變熱時(shí)，會散失大量熱能，造成周圍環(huán)境溫度不必要的上升。而這些浪費(fèi)掉的熱能是可以通過熱電材料加以部分利用的：熱電材料將熱的物體與冷的物體橋接在一起，就能產(chǎn)生電流。維也納技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用了一種復(fù)雜的晶體生長方法，借助一個(gè)鏡子結(jié)晶爐，將單個(gè)鈰原子“關(guān)”進(jìn)了由鋇、硅和金制成的“籠子”中，獲得了一種新型的籠形包合物。他們發(fā)現(xiàn)，被困的鈰原子不停地撞擊“籠子”，而這似乎賦予了新材料優(yōu)良的熱電性能。

該團(tuán)隊(duì)利用這種籠形包合物將熱的物體與冷的物體相連接，對其熱電性能進(jìn)行了測試。“材料中電子的熱運(yùn)動(dòng)取決于溫度。”維也納技術(shù)大學(xué)教授西爾克·布勒-帕邢解釋說，“溫度高的一側(cè)的熱運(yùn)動(dòng)比溫度低的一側(cè)要多，所以電子會向低溫區(qū)域擴(kuò)散，由此在熱電材料的兩邊產(chǎn)生電壓。”實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈰原子將材料的熱電勢增加了50%，這意味著可以獲得更高的電壓。此外，這種籠形包合物的熱導(dǎo)率很低，這也是一個(gè)很重要的特性，因?yàn)橐坏夭畈淮嬖?，電壓也就無法保持。

布勒-帕邢認(rèn)為，新材料顯示出的良好熱電特性似乎與所謂的康多效應(yīng)(電子被束縛在半導(dǎo)體材料的磁性雜質(zhì)周圍時(shí)，被迫改變其自旋的現(xiàn)象)有關(guān)，鈰原子中電子與晶體中的原子存在量子力學(xué)相關(guān)性。事實(shí)上，康多效應(yīng)已知產(chǎn)生于接近絕對零度的低溫物理學(xué)，但令人驚訝的是，在這種新型籠形包合物中，量子力學(xué)相關(guān)性也發(fā)揮了重要作用，而溫度甚至高達(dá)幾百攝氏度。布勒-帕邢說，這是他們觀察到的世界上溫度最高的康多效應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)目前準(zhǔn)備嘗試?yán)貌煌N類的籠形包合物來達(dá)到同樣的效果。他們希望用銅等其他金屬來取代昂貴的金，以使材料更具商業(yè)潛力。而鈰也可以用一種由多個(gè)稀土類元素構(gòu)成的更便宜的混合物替代。如此設(shè)計(jì)的籠形包合物未來有望應(yīng)用于將工業(yè)余熱轉(zhuǎn)化為寶貴的電能。