铌钴锑合金真正成分“曝光” 有望成星际旅行新材料

铌钴锑合金（NbCoSb）曾是一种身份不明的合金材料，它“外表”是金属的，而“个性”更像半导体。因为有望成为新一代高温热电材料，许多科学家都尝试过合成纯的1∶1∶1的铌钴锑，可至今没人成功过。

近日，浙江大学材料科学与工程学院朱铁军教授的实验室，制成了高纯度的铌钴锑合金。实验还证明，稳定的铌钴锑合金，不属于标称的19电子体系金属，而是自带“缺陷”的18电子体系半导体，是正宗的半导体热电材料。这为科学家寻找新的热电材料拓展了方向。

可以说，热电材料无处不在。日常生活中的酒柜、饮水机、车载冰箱等能够安安静静工作，就是靠一块热电材料实现保温保冷。

热电材料的另一个应用场景，是温差发电。在旷远持久的星际旅行中，外太空探测器无法得到阳光的补给，必须自带“干粮”——核能电池。放射性同位素自然衰变产生热，借助于热电材料，实现温差发电。

 “温差发电或许是深空探测目前唯一的供能方案。”朱铁军说，“热电材料特别适合搜集移动的、分散的能量，比如将汽车排气管的余热转换为电能，相当于一个小型的移动电厂。”

因为小型、静音、零损耗等优点，全世界科学家都在寻找性能优良的热电材料，以适应多种工作环境。

但全世界一直做不出高纯度的铌钴锑合金。“是技术还达不到？还是本身就不存在这种比例的合金？”朱铁军和全球科学家们一起试图寻找答案。

此前，美国加州理工学院Jeff Snyder教授课题组进行了大量理论演算，认为比例为0.8∶1∶1的18电子铌钴锑更稳定。之后，Snyder联系到朱铁军，提出在浙江大学通过实验探究疑问。

朱铁军的实验室里，有一台先进的磁悬浮熔炼仪器。它利用磁场产生涡流，一边将金属原料融化并悬浮于容器中，一边持续“搅拌”，以达到最大程度的均质混合。

利用这台仪器，博士生夏凯阳得到了高纯度的铌钴锑。经过测试，这种高纯度材料的热电优值（ZT）为0.9。

 “虽然0.9的数值在热电材料中并不算突出，但这足以让我们感到兴奋！”朱铁军说，“我们终于知道，铌钴锑原来是一种阳离子缺位的18电子体系，而不是19电子体系。”

 “这有点像我们玩的抽积木游戏。”朱铁军从微观结构解释这种现象，“在0.8∶1∶1的铌钴锑材料中，有原子缺位了。就像抽掉了一根积木，它依然还是稳定的正方体结构。”

这项研究给科学家寻找新的热电材料打开了视野，并有望为未来外太空探测器提供发电的新材料。

朱铁军的论文《具有本征Nb空位的18电子铌钴锑半赫斯勒化合物中增强的热电性能》发表于《先进功能材料》杂志。

科技日报杭州3月27日电（本报记者 江 耘 通讯员 周 炜）