什么是离子热电效应？

说起热电效应的发现历史，不得不提托马斯·约翰·塞贝克这位科学家。早在1821年，他就发现如果把两种不同的金属导线连成回路，当两个接点温度不同时，回路里就会产生电动势。不过当时他解释错了，以为是因为温度梯度导致金属磁化了，后来才被纠正为是温差产生了电流。

利用热电效应，我们可以制造出非常方便的温度测量工具，也就是我们常说的热电偶。只要选对金属材料，热电偶就能测量从零下180度到零上2800度这么宽范围内的温度，这个范围比传统的酒精或水银温度计要宽广得多，而且精度也很高。

在环保方面，热电效应也大有可为。传统的冰箱和冷气机使用氟氯化物作为冷媒，这会破坏臭氧层。而利用半导体的热电效应，我们可以制造出完全无冷媒的冰箱。虽然这种发电方法的效率受限于热力学第二定律，但它没有转动部件，不会产生磨损，可以长久使用。

热电效应还有个很酷的应用就是制冷，也就是我们说的半导体制冷或者温差电制冷。它利用了帕尔帖效应，当直流电通过由N型和P型半导体组成的回路时，一个接头会变冷吸热，另一个接头会变热放热。因为没有任何运动部件，所以它非常安静，也没有噪音。

热电效应其实就是一个非常直观的物理现象，简单来说，就是当物体受热时，里面的电子或者空穴会因为温度梯度的影响，从高温区向低温区移动。这种移动不仅仅造成了电荷的堆积，进而产生了电流，所以它本质上是热能直接转化为电能的过程。

这种半导体制冷技术在微型领域特别有用，比如给CPU或者GPU散热。相比传统的风冷和水冷，它不仅能将温度降到室温以下，还能实现非常精确的温度控制，精度可以达到正负0.1摄氏度。而且因为它是固态器件，没有磨损，寿命特别长，可靠性极高。

除了塞贝克效应，还有另外两个重要的效应共同构成了完整的热电效应体系。一个是帕尔帖效应，指的是电流流过两种不同导体界面时，会产生吸热或放热的现象，这是塞贝克效应的逆过程。另一个是汤姆逊效应，讲的是电流通过有温度梯度的均匀导体时，导体本身也会吸收或释放热量。

值得一提的是，自然界中也有类似的现象。美国科学家发现鲨鱼鼻子里的一种胶体，能把海水温度的微小变化转换成电信号传给神经细胞，让鲨鱼感知温度从而找到食物。这种胶体对温度极其敏感，哪怕只有0.1摄氏度的变化，都能产生明显的电压变化。