废热是一种很有前途的能源节约和再利用来源，可以将这种热量转化为电能，这一过程称为热电转换。

市售的热电转换装置是使用稀有金属合成的。虽然这些非常有效，但它们很昂贵，并且在大多数情况下使用有毒材料，这两个因素都导致这些转换器的使用受到限制。其中一种替代品是氧化物基热电材料，但这些材料的主要缺点是缺乏证据证明它们在高温下的稳定性。

由北海道大学电子科学研究所的 Hiromichi Ohta 教授领导的一个团队合成了一种钡钴氧化物热电转换器，该转换器在高达 600°C 的温度下可稳定并高效地运行。该团队的研究结果已发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上。

左：钡钴氧化物薄膜的晶体结构。图片来源：张曦、张玉桥等。ACS Applied Materials & Interfaces，2022 年 7 月 12 日。右图：金属氧化膜本身。图片来源：Hiromichi Ohta

热电转换是由塞贝克效应驱动的：当导电材料之间存在温差时，就会产生电流。然而，热电转换的效率取决于称为热电品质因数 ZT 的数字。从历史上看，氧化物基转换器的 ZT 较低，但最近的研究表明许多候选者具有较高的 ZT，但它们在高温下的稳定性并没有得到很好的证明。

Hiromichi Ohta 的小组在层状氧化钴薄膜方面的工作已经超过 20 年。在这项研究中，该团队试图检查这些薄膜的热稳定性和化学稳定性，并在高温下测量它们的 ZT 值。他们测试了含有钠、钙、锶或钡的氧化钴薄膜，分析了它们的结构、电阻率和热导率。

（左）所有四种氧化钴薄膜的 ZT 随着温度的升高而增加。钴钴氧化物薄膜（红色菱形）在四者中具有最高的 ZT，在 600 °C 时达到 ~0.55 的高 ZT 值。（右）钴钴氧化物薄膜在 600 °C 时的 ZT 与市售热电转换器（铅碲 PbTe 和硅锗 SiGe）相当。图片来源：Xi Zhang、Yuqiao Zhang 等人。ACS Applied材料与界面. 2022 年 7 月 12 日

他们发现，在这四种变体中，钴钴氧化物层状薄膜在高达 600°C 的温度下在结构完整性和电阻率方面保持了稳定性。相比之下，钠和钙钴氧化物薄膜仅在 350°C 之前稳定，而锶钴氧化物薄膜在高达 450°C 时稳定。钴钴氧化物薄膜的 ZT 随温度增加，在 600°C 时达到 ~0.55，与一些市售的热电转换器相当。

“我们的研究表明，钡钴氧化物薄膜将成为高温热电转换装置的绝佳候选者，”Hiromichi Ohta 说：“此外，它们对环境友好，具有广泛部署的潜力。”