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GeTe热电材料
通过制备合适比例的Bi2Te3与GeTe的合金，人为地向体系中引入了大量的Ge空位缺陷，且如图所示，运用球差矫正电子显微镜的观测技术可以清楚地观测到这些Ge空位的前驱体空位“簇”。通过合适的热处理优化过程，研究人员还追踪到此类前驱体逐步演化成van der Waals gap空位面缺陷的过程。这些面缺陷会在材料内部诱导产生大量呈负电性的新的180度铁电畴结构，平衡材料内由载流子浓度过高导致的过剩的正电性，最终达到优化材料性能的目的。最终，该项工作使得GeTe基热电材料的总体性能大幅提升，在温度达到773K时，该体系热电材料优值ZT达到了2.4，相比于优化前，提升了60%；在323~773K较宽的工作温度区间内，材料的平均ZT高达1.28，相比于优化前整整提升了一倍，达到了中温区热电材料在商业应用中对性能的需求，使其成为中温区优良的候选材料。
南方科技大学
2021-04-13
PbTe热电材料
目前p和n型PbTe材料都拥有了非常高的热电优值。然而，PbTe材料的机械性能差，远低于其他主流的热电材料。比如，PbTe材料的洛氏硬度和抗冲击韧性分别只有39 kgmm-2和0.35 MPam1/2，远低于Bi2Te3的。这一矛盾非常不利于PbTe材料的实际应用。何佳清团队之前在n型PbTe材料中加入单质Sb，得到PbTe-3%Sb复合材料，显著提高了热电性能 (Energy and Environmental Science, 2017,10,2030)。本文在之前工作的基础上，进一步采用了固溶PbS的方法，将n型PbTe-3%Sb材料的硬度提高了60%，而其热电优值仅仅降低了6%。这一结果使PbTe材料摆脱了当前的窘境。研究发现固溶PbS（<12.5%）虽然对弹性性质如弹性模量等参数影响很小，却可以引入大量的点缺陷和位错网。因此硬度的增强主要是由于缺陷对位错运动的阻碍，而非化学键的强化作用。之前的观点认为是固溶PbS之后，PbTe材料内部的成分波动（团簇）造成了硬度显著增强。该团队的发现从一个新的视角解释了PbTe-PbS合金体系硬度的强化。
南方科技大学
2021-04-13
开发了一种低成本高性能的n型PbS基热电材料
该研究开发了一种低成本高性能的n型PbS基热电材料，其成本只有传统商用PbTe基材料的20%，而热电性能则相当，本研究还基于所开发的热电材料制备了热电发电器件，实现了废热到电能11.2%的能量转换效率。该项成果能够极大地推动低成本热电材料的开发，加速热电发电技术的商用化进程。
南方科技大学
2021-04-14
PbTe基热电材料
PbTe材料体系作为p型热电材料有着优异的性能，不但呈现出较高的热电优值ZT=2.3@923K（Energy Environ. Sci., 2015, 8, 2056），并且在室温到900K的温度范围拥有较高的平均热电优值ZTave=1.56，因而其理论发电效率可达20.7%（Nat. Commun. 2014, 5, 4515）。这两篇论文从不同的方法和机制出发，在n型PbTe研究上实现了重大突破，极大地平衡了n型PbTe相较于p型材料性能的劣势。 第一篇论文中，该团队研究发现：通过InSb的复合及实验条件的控制，有效地在PbTe基体材料中引入多相纳米结构，可同时优化该材料体系的热、电输运性能。一方面，纳米相和基体之间的能量势垒（势阱）可以通过能量过滤效应提高Seebeck系数，进而增强功率因子；另一方面，多重纳米相的引入增强了界面处的声子散射可降低晶格热导率。最终，在n型PbTe-4％InSb复合材料中，获得极高的热电优值ZT=1.83（773 K），是目前n型PbTe材料体系中的最高值。
南方科技大学
2021-04-13
室温热电材料
以MgSbBi为主要元素 N型热电新材料，在50-250℃的温度范围内具有和碲化铋基相当的热电性能和更好的力学韧性（3倍的KIC）（如图2所示），而元素价格仅为传统N碲化铋材料的1/4，因此有望取代传统N型室温热电材料，这是热电材料领域的重要突破。 该研究工作融合了能带结构工程调控材料的禁带宽度和Mn掺杂抑制材料的本征镁空位缺陷的技术策略，从而实现了该材料室温热电性能的突破。这项研究对于未来继续寻找更为性能优异的室温热电材料有很重要的指导意义。 此外，值得一提的是高性能的室温热电材料被列为2018年国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”之一。因此，新型的室温热电材料将成为下一个热电材料领域的热点。
南方科技大学
2021-04-13
一种热电模组热电转换效率的测试装置
本实用新型公开了一种热电模组热电转换效率的测试装置。加热台保护栏围在电加热台侧面周围，电加热台上安装有用于安装热电模组的测量组件，支撑杆上部固定有将测量组件压紧的压紧组件；底板上设有外罩，底板和外罩的内部空间的空隙填充绝热材料。本实用新型能够用于全面测试热电模组在不同压力、不同温差下的各项热电性能参数，为综合评价热电模组性能提供依据。
浙江大学
2021-04-13
聚合物热电材料
给体片段以氟原子修饰的n型给受体聚合物热电材料，利用聚合物链间的给受体相互作用维持聚合物的电子迁移率，通过引入氟原子增加聚合物的电子亲和性以提高n掺杂效率，两者的协同作用大幅度提高了聚合物的n型电导率。通过进一步提高聚合物的塞贝克系数，成功地将n型给受体聚合物的热电性能提高了三个数量级。引入氟原子的聚合物的n型电导率提升至1.3 S/cm，功率因子提升至4.6 μW/mK2，是目前n型给受体聚合物热电材料的最佳性能。通过对聚合物在掺杂状态下的电子顺磁共振谱、紫外光电子能谱和X射线光电子能谱的表征证明了氟原子的引入提高了聚合物的n掺杂能力。场效应晶体管器件结果则表明氟原子的引入提高了聚合物在n掺杂状态下的电子迁移率。这两者的协同作用使得该聚合物的电导率相比没有引入氟原子的聚合物提高了1000倍。此外，掠入射X射线衍射、原子力显微镜以及导电原子力显微镜实验证明了氟原子的引入改变了聚合物的分子排列，提高了聚合物与掺杂剂的混溶性，使聚合物从“局部掺杂”的状态转变为“均匀掺杂”状态，从而维持了掺杂聚合物较高的n型塞贝克系数。
北京大学
2021-04-11
热电系数测量仪
热电系数测量仪又称热电仪，用于测量某些材料的热电系数（塞贝克系数）。本仪器是根据地质、矿业、物探、半导体科研院所的需求而研制的新型自动化数字化热电系数测量仪，用于测量具有半导体特性的各种矿物，如黄铁矿等及一般半导体材料的热电系数和导型（N型、P型）。本仪器适合于矿业、地质、物探、半导体等有关科研院所和高等学校使用。典型型号BHTE-06、BHTE-08特别适合测量直径在0.1-1.0mm之间的微小晶体的热电系数和导型。本仪器已获得了较广泛的实际应用，用户满意度为100%，返修率为零。 技术性能和指标：1. 数字化、自动化测量，与笔记本（或台式）计算机配合，实现无纸化测量和记录；数据自动显示及保存成便于统计分析的格式，不需要用户在纸上作任何记录；适合大批量样本的快速测量；2. 活化温度和量程可设定；3. 读数分辨力：0.1μV/℃；4. 可方便地测量直径小至0.1mm的矿物颗粒；5. 测量效率高，操作熟练后一般可达10～15粒/分；6. 方便携带，可随身带到矿区现场使用。
北京航空航天大学
2021-04-13
热电材料研究成果
衡量热电材料能量转化效率的最重要的指标是其品质因子ZT(=S2σT/κ)， 而降低材料的热导率κ是一种确实有效的提高功率因子的手段。虽然材料所经历的退火过程可以通过影响材料的微观结构从而决定材料的热导率，但是这些唯象的分析并未得到热动力学的理论支撑因而仅仅浮于表象。 在这篇论文中，作者首先观测到一个非常有意思的现象：随着PbTe中CdTe成分的增加，其晶格热导率在快冷和慢冷的退火条件下表现出截然相反的趋势。为此，经过细致的透射电镜观测发现，在不同的退火条件下，其CdTe相析出物随着CdTe成分的增加呈现出迥异的微观形貌。为探究其原理，作者先是利用热动力学理论计算模拟析出相的成核和生长过程，得出CdTe作为第二相从母体PbTe中析出的分布函数，然后考察析出相的尺寸和数密度对声子散射的不同作用，最终结合Callaway模型做出了和实验数值符合非常好的模拟结果，从而为实验观测的晶格热导率提供了热动力学依据。该研究对热电材料中利用优化退火条件实现晶格热导率的调控提供了很好的理论指导和启发。
南方科技大学
2021-04-13
喷涂法制备热电材料
项目简介： 热电材料作为一种可以将热能和电能直接转换的功能材料 ， 已经在航空航天、国防军工、电子技术、能源环保等众多领域得到了广泛地发展和应用。喷涂技术依靠其操作工艺简单、制备涂层质量
西华大学
2021-04-14