热电装置使用的是温差材料，它能将温差转化为电能而无需任何机械运动——这是热电最吸引人的特点。热电效应是可逆的：如果给热电装置供电，它就会产生温差。目前，热电装置在低功率设备上有所应用，比如为石油管道的小型传感器供电、作为空间探测器的后备电源、以及迷你冰箱。

最近，MIT 的研究人员用一种具有独特电特性的“拓扑”材料（“topological” materials），可以将热电装置的效率提高三倍。

当热电材料置于温度梯度中时，比如一头热一头冷，材料中的电子就开始从热端流向冷端，从而产生电流。温差越大，电流越强，产生的电能就越多。对于给定材料，产生的能量大小取决于材料的电子传输特性。

拓扑材料碲化锡是是一种公认的好的热电材料。碲化锡材料内的电子还展现出另一种独特特性，这点类似于狄拉克（Dirac）材料的电子特性。

研究团队通过总结不同能量和平均自由程的电子堆热电效应的贡献，分析这些电子特性如何影响碲化锡的热电性能。结果表明，存在温度梯度时，材料的导电性，或者说产生电流的能力很大程度上取决于电子能量。特别是，他们发现低能电子对产生电压差具有负面作用，因此也会影响到电流。这些低能电子有较高的平均自由程，意味着它们相比于高能电子，晶界散射作用更强烈。

而且，研究人员发现，把碲化锡晶粒的平均尺寸降到 10 纳米左右时，材料产生的电力是大晶粒的三倍。晶粒尺寸越小，高能电子对材料的导电性贡献越大，他们的平均自由程也越短，就越不容易与晶界发生散射。结果就能产生更大的电压。

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