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聚合物热电材料的研究
聚合物热电材料因其低毒性、质轻、柔性和可大面积加工等优势在可穿戴自供电器件方面具备很好的应用前景。 一个高性能的热电器件同时需要 p 型与 n 型两种材料。聚合物在掺杂之后的电导率 对 聚合物材料的热电性能起到了关键 的 决定 作用。 目前 ， P 型聚合物的电导率已经超过 1000 S cm -1 ，相比之下，仅有几例 n 型聚合物的电导率超过 1 S cm -1 。
北京大学
2021-04-11
发现高性能SnTe基热电材料
热电材料是能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料，在热电制冷和废热发电等方面有着广泛的应用前景，对于提高现有能源利用率和缓解能源危机有重要作用。相比于传统热电材料PbTe，SnTe由于其廉价、环保等优势而被广为关注。然而由于其极低的赛贝克系数（seebeck coefficient）长久以来SnTe的最高以及平均热电转换效率都远低于PbTe。 文章指出在铟元素摻杂引入共振能级的情况下，将SnTe与AgSbTe2复合，从而在优化材料功率因子的同时，降低了材料的晶格热导率。此外，透射电镜表明两者是以完全固溶的形式而非两相复合的形式存在。最终，在873K时的最高zT优值达到1.3，并在323K-873K温度区间内的平均zT优值达到0.84，是本征SnTe的3.44倍，为目前该体系平均zT值的最高水平。这种将引入共振能级和多相固溶结合起来的方法，也为提升其他体系热电材料的性能指出了一个值得尝试的方向。
南方科技大学
2021-04-13
热电材料领域重要新进展
目前的能源利用体系中超过60%的能量以废热的形式排放到环境中，其中50%以上的废热属于难以回收利用的低温（＜600K）、低品质废热。热电材料由于其可将热能和电能直接转换的特性，能有效回收和利用体系中的低品质废热，从而受到人们广泛关注。在实际应用中，需要p型和n型两种热电半导体材料来组成热电器件，这两种热电半导体的匹配度越好，理论上由其制成的热电器件
南方科技大学
2021-04-14
室温热电材料的研究成果
材料科学与工程系副教授刘玮书课题组在Mg2Sb1.5Bi0.5:Mn0.01刚性室温热电材料和离子液体调制的PEDOT:PSS/IL 柔性热电材料方面取得研究新进展，相关成果分别发表在Research和Journal of Materiomics上。在刚性Mg基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组与南科大物理系张文清教授和黄丽副教授合作，揭示了基于电子输运通道保护思想的功率因子增益策略，提升了Mg热电材料的室温性能。相关成果以“The Electronic Transport Channel Protection and Tuning in Real Space to Boost the Thermoelectric Performance of Mg3+δSb2-yBiy near Room Temperature”为题发表在由中国科协与《Science》杂志合办的高水平综合性期刊Research上。在柔性PEDOT基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组在离子液体改性PEDOT/IL有机柔性热电薄膜材料研究的基础上，加入了还原剂调控导电聚合物链氧化态优化策略，使材料在保持良好的力学性能的同时，提高薄膜的塞贝克系数从而达到优化薄膜性能的目的。相关成果以“Enhanced thermoelectric performances of flexible PEDOT:PSS film by synergistically tuning the ordering structure and oxidation state”为题发表在中国硅酸盐学会主办的高水平期刊Journal of Materiomics上。
南方科技大学
2021-04-11
柔性PEDOT基新型室温热电材料
该研究在基于以往使用离子液体处理PEDOT:PSS导电聚合物所取得成果的基础上，进一步优化了材料的塞贝克系数以实现更好的热电转换效率。对于PEDOT/IL复合有机热电材料，仅靠离子液体对PEDOT:PSS的有序性优化，复合薄膜的塞贝克系数并未得到显著改善,功率因子PF提升不明显。为提高复合物薄膜的塞贝克系数，研究人员提出了使用还原剂对PEDOT:P
南方科技大学
2021-04-14
二元硫化物作为热电材料
从元素在地壳中的丰度，毒性和价格方面介绍硫化物作为热电材料的天然优势；从热电性能上分析了硫化物在热稳定性，载流子浓度的可调控性等方面的劣势；也总结了包括元素掺杂、微观结构调控等优化硫化物热电材料的方法；最后提出了硫化物潜在的研究方向和可能的优化硫化物热电材料性能的新方法。
南方科技大学
2021-04-13
发现高性能AgBiSe2基热电材料
热电效应（Thermoelectric Effects）提供了一种在热能和电能之间直接转化的手段，在现今世界能源和环境问题的背景下，热电效应作为一种清洁有效的能源转化方式而受到广泛关注。相比于传统的热电材料，I−V−VI2 (I=Ag; V=Sb, Bi; and VI=S, Se, Te)型半导体由于本征的极低晶格热导率而成为具有良好潜力的热电材料体系。尽管AgSbTe2是其中最为广泛研究的材料，但是由于其制备需要大量丰度较低的元素碲（Tellurium），且热稳定性较差，因而人们希望用更加廉价和稳定的AgBiSe2来代替。之前对于AgBiSe2的研究，主要集中在通过对其进行元素掺杂优化载流子浓度这一方面，而本文指出通过将AgBiSe2与AgBiS2复合，使用球磨的方法使两相完全固溶，可以更进一步降低材料的晶格热导率。结果显示，材料的热导率在773K温度下，从原本的~0.5 W/mK降低到了0.33 W/mK，成为这个体系到目前为止报道的最低的热导率。结合电性能用铟掺杂改性，最终，该材料在773K时的最高ZT值到达了0.9，与该体系之前取得的最高ZT相近，是本征AgBiSe2的2.5倍左右(如图所示)。这种运用球磨实现多相固溶以降低晶格热导率的方法，也为其他体系热电材料的相关研究指出了一个值得尝试的方向。
南方科技大学
2021-04-13
刚性Mg基新型室温热电材料方面
该研究详细阐述了由于实空间中Mg-Mg化学键构成的电子输运通道远离阴离子位置，使Mg3Sb2-yBiy材料体系中合金化原子散射声子降低晶格热导率的同时对电子散射较弱，有利于实现电热输运的解耦与分别调控（如图1）。最终，研究成功实现Mg3Sb2-yBiy材料体系室温功率因子的进一步提升，并在Mg3+δSb1.0Bi1.0:Mn0.01材料中实现室温下
南方科技大学
2021-04-14
方钴矿系热电材料的合成方法
本发明提供了一种原料便宜易得，设备简单，合成温度低，工艺简单的方钴矿系热 电材料的合成方法。 本发明中采用钴、锑、铁、镍、锡的可溶性盐作为原料，在内衬聚四氟乙烯的高压 釜中于 140~200℃进行反应，经过滤洗涤后在真空干燥箱中进行处理，最终制得所需产 物。
同济大学
2021-04-11
开发利用原料丰富、廉价、低毒的热电材料
和传统热电材料PbTe相比，SnSe原材料价格相对低廉、储量比较丰富、而且低毒环保，然后，长期以来，由于其多晶热电优值ZT很低而未受到广泛关注。2014年，美国西北大学研究组在Nature上报道了SnSe单晶沿b轴方向具有超低的热导率从而在923K取得极高的ZT峰值2.62，打破了块体热电材料最高值记录，故而在热电领域引起了广泛反响。然而由于本征载流子浓度过低，该材料在中低温区的热电性能并不理想。针对这一问题，在《科学》的文章中， 研究者通过调整SnSe的能带结构来调控其的导电性和温差电动势，从而在中低温区使得其热电性能得以大幅提升。其内在机理来源于SnSe非常复杂的价带结构，拥有不同有效质量和迁移率的价带之间能隙很小，当费米能级进入和接近多个价带时可实现多个价带同时参与电传输。其原理可以形象地解释为: 一条高速公路（对应单一价带）上有无数拥挤的车辆，因此车辆行驶的非常缓慢；但如果把同样数量的车辆分配到多条并行的公路后，车不但行驶的快而且在单位路面上通过的车也会曾多。通过这一调控费米能级的方法，使得SnSe的温差电动势获得极大提高，从了导致SnSe材料在中低温区的热电优值ZT得以大幅提升，理论上可以产生大约16.7 %的热电转化效率。何佳清教授课题组也在对SnSe热电材料体系进行更为深入的研究，后续会有更多相关成果整理发表。
南方科技大学
2021-04-13