這是不同的多孔層(梯度多孔材料)組成的層疊結構示意圖。每一層包含一組間接分布、大小相同的孔(這里僅顯示一組這樣的粒子)。

無論是發熱的汽車，還是發熱的手提電腦，你生活中的每臺機器和設備都通過熱損失浪費了大量能量。但是能夠將熱能和電能相互轉化的電熱裝置可能能夠利用廢熱提高綠色技術能源效率。這一效率的提高對于未來的可持續發展是十分必要的。如今，一項新的研究顯示出了多孔性物質如何成為熱電材料——即指出了如何在未來使用這種材料制作熱電裝置。

希臘雅典國家研究中心(Demokritos)的Dimitris Niarchos說，世界上產生的所有能量中，大約70%以熱量的形式消耗。他和在同一研究中心的Roland Tarkhanyan將他們的分析成果發布在美國物理聯合會(AIP)出版的《APLMaterials》雜志上。

為了創造出能夠充分利用這種熱量的技術，世界各地的研究人員一直在試圖創造更有效率的熱電材料。一個有發展前景的材料要充滿大小約一微米(十的負六次方米)到約一納米(十的負九次方米)的微孔。Niarchos 說：“多空熱電技術能顯著提高熱電效率。所以這可以作為收集廢熱的一種可行手段”。

熱量利用聲子和震動的量化單位(作為載熱粒子)穿過材料。當聲子跑進一個孔里時，它會分散、損失能量。因此，聲子不能有效地攜帶熱量通過多層材料。這導致該材料的導熱系數會比較低。而這一低導熱率會提高熱電轉化效率。材料的孔越多，則導熱系數越低，就越適合做熱電材料。

但是Niarchos 說，到目前為止，研究人員還沒有系統地模擬出多孔材料是如何保持低導熱系數的。所以他和Roland Tarkhanyan研究了微納米多孔材料的四個簡單模型結構的導熱性能。他還說這一分析為如何設計這種用于熱電設備的的材料提供了大致的方向。

總的來說，研究人員發現當孔越小、擠得越密時，導熱系數就越低。Niarchos 說他們的運算結果與其他實驗得出的數據非常吻合。他們也表示，微納米多孔材料基本上比無孔材料的熱-電轉化率要高出好幾倍。

第一個模型所描述的材料充滿著小孔，孔的直徑從微米到納米，大小不等;第二個模型描述的是一個多層材料。由于材料的每一層的孔與其他層的孔的尺度是不一樣的，所以它的孔隙度會比較特殊;第三個模型描述的是一個由三維立方晶格組成的材料，立方晶格的孔大小相同;第四個模型描述的是另外一種多層材料，這一材料的每一層都包含一個立方晶格，立方晶格的孔大小也相同，但每一層的孔大小不同。

通過分析，第一個模型和第四個模型比第二個模型的導熱系數低。第三個模型似乎是最好的，因為它的導熱系數比第四個模型的導熱系數還要低。

但是Niarchos 說，除了第一個模型之外，其余的模型都是不切實際的。因為第二、三、四個模型展現的都是小孔完美組合的一種理想化的狀態。現實中，精確地創造出大小完全相同的孔是不可能的。因此，第一個模型是最有可能實現的。

不過他還說，所有的模型都展示了多孔性在熱電材料中的重要性。在簡單的一般的解析公式上建立模型，除了需要對多孔材料的有效晶格導電系數進行快速、精準的計算，還需要對材料進行系統化的分析。