作为这个星球上航天科技最强的国家，美国已经实现了毅力号火星车的成功着陆，并开始任劳任怨的工作。这台火星车设计在火星上工作2年，但晓木认为，绝不止两年，因为这台火星车与此前的好奇号一样，搭载了最为强大的核电池，而好奇号却已经工作超过了八个年头。那么，核电池到底是什么样的存在呢，能如此的耐用？
美国毅力号火星车
核电池，又叫放射性同位素热发电机（Radioisotope Thermoelectric Generator，RTG），它主要是将钚238衰变产生的稳定热量，通过热电材料所组成的热电偶转换器件，转换为电能。换句话说，核电池主要是两部分工作原理：热量产生+热量转换，热量产生过程，主要是放射性核素的衰变反应，而热量转换，则是用到了热电材料。
毅力号核电池
而我们生活中，有许多费了九牛二虎之力而生产的热，经过使用后又废弃掉，是不是很浪费？如果我们能将这些热量收集起来加以利用，就会大大提高能源的循环使用。而且如今发电方式，占主流的依然是化石燃料的燃烧，如果能废热转换而发电，也从另一方面保护了环境。现代的制冷指数带给我们很多的便利，但氟利昂的过度使用却破坏了环境，热电材料以其独特的性能，有望成为未来的明星材料，因为它具有温差发电和温差制冷的双重性能。
工业中的余热
何为热电材料？
何为热电材料呢？热电材料应用是近十几年才出现的，但其热电转换的规律，却已历史悠久。早在1823年，德国科学家塞贝（Seebeck）克发现，材料两端的温度差可以产生电压，也叫塞贝克效应（Seebeck effect），也是通常所说的温差电现象、而在1834年，法国科学家珀耳帖（Peltier）发现，电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象，也叫做珀耳帖效应。这两个现象表明，热不但可以产生电，而同时电又可以反过来制热或者制冷。
热电效应原理图
温差发电的热电材料，一般是碲化铅（PbTe)及其合金，其最佳运作温度大约为1000℃，此外还有硅锗（SiGe）合金，它的最佳运作温度大约为1300℃；而温差制冷的热电材料，一般是碲化铋（Bi2Te3）及其合金，其最佳运作温度<450℃。
温差发电，丰富了发电方式
我们知道，毅力号核电池，具有自发反应，无需外力就可以实现热点转换，而这其实是热电材料的常规操作，它的使用不需要传动部件，工作时无噪音，无排弃物，和太阳能、风能等同属清洁的二次能源，而且对环境没有污染，性能可靠，使用寿命长。
热电材料的确很神奇，温差可以发电，发的电在产生焦耳热的同时，又能制冷。也就是说，如果热电材料同时接触两个不同温度时，就会在材料内部产生电流。而且温差越大则产生的电流越大。我们可以脑洞大开，例如可以将可穿戴设备紧紧贴着身体，利用体温和外界温度的差异来发电，进而驱动可穿戴设备，这样的电子设备就不需要电池了。这种想法并非异想天开，在日本和德国，目前已经开发出利用人体体温与外界温度的温差发电，进而来驱动手表工作。
可穿戴设备
除了前面讲到的毅力号航天器上使用了热电材料，其实热电材料作为传感器和温度控制器在微电子器件中也有广泛的使用。例如，可将热电发生器应用于人造卫星实现长效远距离、无人维护的热电发电站。想想看，我们还可以将工业的废弃热收集起来发电，并再次为工业生产供热，形成能量的循环使用。目前，欧美国家已经有部分的产品问世，相信在不久的将来，热电材料的应用会更加广泛。
人造卫星
温差制冷，让冷热再次交替
热电制冷也有着非常神奇的应用，例如利用热电材料制冷的原理，可以替代目前环境不友好的氟利昂，用在冰箱中。同时也可以为医学、高性能红外传感器，以及在超导材料制备中，为设备提供恒温的低温环境。
医学仪器
在武器装备方面，国外曾经将半导体制冷技术，用在红外制导的空对空导弹的红外探测头的冷却中，以降低工作噪音，提高灵敏度和探测率。俄罗斯的米格战斗机配备的AA-8和AA-11系列导弹就是利用温差制冷原理，对红外探测系统进行温度控制。2002年，哈勃太空望远镜上安装了近红外相机和多目标光谱仪，其中相机的3个热保护板中有两个采用热电制冷原理来冷却。
哈勃望远镜
发动机废弃余热能发电吗？
根据温差发电的原理，发动机的余热当然可以用来发电，这样一来，发动机及时将热量转换成电能，不至于因热量长时间积累，而损坏发动机，同时还获得电能，是个一举两得的事情。这是一个不错的想法，但要实现这样的实际应用，需要具备良好的热量收集能力，热电材料具有足够高的转换效率，以及一个复杂的热电转换系统。
红外显示发动机温度过高，如果能把余热发电，岂不妙哉？
放眼未来，热电材料的研发是关键
不管人类有如何美好的愿景，如何大胆地创意，最终都要落到实际的材料上。而关乎热电材料性能好坏的关键因素，则是热电材料的转换效率，即热电优值，是和材料的电导率成正比，和热导率成反比。所以，在材料的选择和开发上，需要这些方面下功夫。
科学研究仍需努力
目前，我国的热电材料研发和生产，在国际上处于领先地位，中低端热电制冷片年产量可达100万件以上，初步形成规模化。但对于高性能且精密加工的热电材料生产，尚存在技术差距。例如在最大制冷温度高的微型的多级器件的制冷片的制备方面，依然是比较困难的，仍然需要我辈持续不断地努力。
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