切换行业
Carnie从他的办公室望去，塔塔钢铁公司（Tata Steel）的熔炉尽收眼底。一些人认为，这些矗立在塔尔伯特港的烟囱十分突兀。而在Carnie看来，这却预示着一个机遇。烟囱释放出了钢铁厂大部分的废热，而这些废热的功率输出与一些核电站相当——据他的计算，大约为1300MW。
有这么多潜在的能量，Carnie和他的研究团队开发了一种混合3D打印半导体材料，可以将废热转化为电能。它的效率比另一种便宜的半导体材料碲化铅高出50%，而且这种新材料可组装成一种设备，无论在哪里使用，它都能转化10%的热能。
Carnie说:“理想情况下，它们可以部署在废热较多的地区用来发电，以提高能源效率。英国工业使用的所有能源中有六分之一作为废热排入大气，因此将热能转换成电能的潜力巨大。”
Carnie是印刷光电领域的专家，最近一直在探索热电学。当热电子从一种加热材料流向另一种相对较冷的材料时，半导体和导体等材料会产生电压。迄今为止，最有效的半导体材料是硒化锡，由锡和硒制成。虽然保持着最高废热转化效率的记录，但它还没有用于商业设备。
为了将半导体材料用于商业设备，Carnie需要特定的设备——可以用等离子烧结材料，或者在超过几百开氏度的高压和高温下压制材料。那些机器不在他部门的预算之内。
Carnie猜想，是否能把他熟知的打印光伏材料转移到热电材料上。他问团队成员、博士后研究员马修伯顿(Matthew Burton)，他们能否把硒化锡变成墨水。以前没有人这样做过，伯顿对此表示怀疑。但他通过将锡和硒粉与有机粘合剂和水混合实现了这一目标。之后伯顿把墨水倒进约10mm?的小立方体模具中，在120摄氏度的烤箱中烘干。最后，他在800多度的高温下烘烤立方体，以烧掉有机粘合剂。
Carnie说，初步结果显示效率喜人。在热电设备领域，效率是通过“质量因数”(称为ZT)来衡量的。任何大于1zt的效率都很有效。伯顿的第一个立方体测试在0.5 ZT左右。在调整粘合剂的数量和锡硒比后效率能达到1.7 ZT。
“这是用这种方式制造热电材料的最好记录，”Crnie说。还需要更多的研究。首先，他们只制造了所需的两种不同半导体材料中的一种——一种可以容纳热电子的材料。它们仍然需要使电子流向“较冷”的一侧。但今年秋季，塔塔钢铁将资助一名博士生帮助开发第二种材料，最终两种材料都将夹在陶瓷薄片之间，制成热电设备。
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