|
搜索
搜 索
高等教育领域数字化综合服务平台
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
开发利用原料丰富、廉价、低毒的热电材料
运用大量的明场和高角暗场扫描透射电镜技术(ABF/HAADF-STEM)观测，意外发现SnSe的单晶晶格间存在着大量的间隙原子，模拟分析表明这些原子为Se原子；同时，亦发现大量Sn晶格位置的空缺。密度泛函计算结果表明这些点缺陷具有很低的形成能，电子探针成分分析亦从宏观方面证实了这种SnSe单晶确实偏离化学计量比。利用经典的Debye-Callaway模型，他们定量的证实了正是由于这种本征的偏离化学计量比的点缺陷的大量存在，大幅加剧了SnSe中高频声子的散射，从而造成了实验观测到的极低晶格热导率。
南方科技大学
2021-04-13
Sb2Te3(GeTe)n基热电材料
研究中发现，通过适当的退火工艺，可以有效调控Sb2Te3(GeTe)n基材料中阳离子缺陷的类型，该工作运用球差矫正电子显微镜的原位观测技术及高角暗场扫描透射电镜技术（in situ/HAADF-STEM）等, 通过比对退火前后的样品及在电镜下模拟退火过程，清楚地追踪到样品中阳离子缺陷由短程的点缺陷聚集演化成长程的面缺陷的过程，使得调控样品内载流子浓度降低到合适的程度，最终达到优化材料性能的目的。 该项工作使得Sb2Te3(GeTe)n基热电材料的总体性能大幅提升。据悉，热点材料优值ZT越高，其转换效率越高。在温度达到773K时，热电材料优值ZT达到了2.4，在323~773K较宽的工作温度区间内，材料的平均ZT高达1.51，能够满足中温区热电材料在商业应用中对性能的需求，有望解决Sb2Te3(GeTe)n基热电材料效率较低的问题。 本研究成果在目前热电材料亟待推广的低品位废热发电方向以及未来有可能实现的可穿戴自驱动电子器件与智能传感设备方面有较大的应用前景。
南方科技大学
2021-04-13
制备具有纳米级晶粒的块体热电材料
制备具有纳米级晶粒的块体热电材料。纳米级晶粒相比于传统的纳米级析出相在制备和热稳定性方面具有明显优势。何教授课题组从宏观、微观、理论计算等方面系统地研究了纳米级晶粒对提高热电性能的机理：高致密的纳米级晶粒不仅可以有效地阻碍声子传输，而且可以抑制不同载流子在高温段的相互抵消效应，从而极大地降低了热导率。此报道为提高材料的热电性能提供重要启示，对后续的研究起到重要的指导作用。 何佳清教授一直致力于使用透射电子显微镜等手段，研究材料的结构和性能的关联性，特别是热电材料的电子和声子输运及热学和电学性能。他与国内外一些知名大学的课题组合作成功解决了高性能热电材料制备中的一些关键技术问题。
南方科技大学
2021-04-13
一种独特的研制柔性热电材料的方法
采用湿化学法制备硒化银纳米线，然后真空抽滤沉积到柔性的尼龙滤膜上，再低温热压获得了高性能的n型复合薄膜。硒化银膜室温的功率因子约为987 mW/ m K2（ZT值约为0.6），是至今报道的n型柔性热电薄膜中最高值之一；以此复合膜设计的4个单臂组成的原型器件在30 K温差下输出功率460 nW (功率密度约为2.3 W /m2)。同时，因为硒化银膜（由大长径比的纳米晶相互交织而成）与尼龙膜的协同作用，复合膜具有很好的柔性（绕直径10 mm的圆棒弯曲100次后电导率仍然保持原先的92%）。该方法为制备柔性的高性能热电薄膜提供了新的思路。
南方科技大学
2021-04-13
高性能低膨胀铝基复合材料及构件
卫星在轨运行和返回过程中需经历极端高低温环境，构件尺寸的稳定是保证卫星在轨高精度、返回高安全、任务高可靠的关键。针对卫星搭载的某宽带微波载荷与卫星本体材料之间热膨胀系数不匹配极易导致的载荷在轨及返回过程中载荷接收精度不稳定、信息传输不连续等问题。我校陈骏教授团队以原创的负热膨胀技术研发了具有轻质、热膨胀系数低、力学性能优异、尺寸稳定性好的高性能低膨胀铝基复合材料，并研制了系列关键连接内置件、环件等高性能低膨胀构件，首次将负热膨胀技术应用到我国的卫星上，填补了高性能低膨胀金属构件在工程应用领域的空白。该技术使得某宽带微波载荷与卫星本体之间热膨胀匹配性增强、界面应力大幅度减小，保证了卫星在轨与返回过程中信号高精度传输与接收，助力卫星成功返回。
图1 实践十九号卫星成功返回（图片来源国家航天局）
图2 高性能低膨胀铝基复合材料及构件应用于全球首颗可重复使用返回式技术试验卫星（图片来源央视新闻频道）
北京科技大学
2025-05-21
方钴矿 CoSb3系热电材料的合成方法
本发明一种方钴矿系热电材料的合成方法采用钴、锑、铁、镍、锡的氯化盐或硝酸 盐作原料，在内衬聚四氟乙烯的高压釜中于 140-190o C 进行反应，经过滤洗涤后进行热 处理最终制得所需产物，因此本发明方法具有原料便宜易得、设备简单、合成温度低、 工艺简单易于实现控制、产物粒度细、纯度高等优点。为制备高效热电转换器件提供优 质材料。
同济大学
2021-04-11
异质复合结构对n型BiAgSeS材料热电性能的显著强化
在可再生能源日益短缺及温室效应日趋恶劣的严峻形势下，Seebeck效应作为一种新的能源转化方式，可以有效地将日常生活及工业生产废热和不能被太阳能电池有效吸收的红外波段转化为亟需的电能，故而引起了科研工作者们的广泛关注。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)，如何提高材料的品质因子是热电科研工作者们普遍关注的问题。 由于本征的纳米析出相以及价键非简谐性(bond anharmonicity)的存在, BiAgSeS具有非常低的本征热导率κ；然而，因其过低的载流子迁移率极大地限制了其功率因子S2σ。何佳清教授课题组巧妙地将在二维薄膜中广泛运用的调制掺杂(modulation doping)技术推广到三维块体BiAgSeS材料中，使用具有不同载流子浓度的异质晶粒构建三维复合结构，从而极大地提升了该材料中的载流子迁移率，使得功率因子S2σ相对于均匀掺杂的对照样品提升了约87%，进而显著地提升了BiAgSeS材料的热电转化效率。文章结合了透射电子显微术和理论计算对在n型BiAgSeS三维块体复合材料中运用调制掺杂改进载流子迁移率的物理机制做了深入的探讨；该工作对调制掺杂技术在三维块体热电材料中的广泛运用颇具启发意义。
南方科技大学
2021-04-13
一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置
本发明公开了一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，该装 置包括壳体、绝热层、导水结构、循环工质、蒸发发电层和电极；其 中，壳体与上密封结构、下密封结构一起构成密闭腔体，密闭腔体的 顶端作为冷端，底端作为热端；循环工质与蒸发发电层设置在腔体内， 循环工质与蒸发发电层接触；蒸发发电层竖直设置，两个电极分别设 置在蒸发发电层的上下端面；下端面的电极与密闭腔体的热端之间存 在间隙；导水结构位于密闭腔体内，用于引导冷凝后的循环
华中科技大学
2021-04-14
一种微波快速合成-烧结制备TiNiSn热电块体材料的方法
（专利号：ZL 201510386310.6） 简介：本发明公开了一种微波快速合成‑烧结制备TiNiSn块体热电材料的方法，属于热电材料制备技术领域。本发明的一种微波快速合成‑烧结制备TiNiSn块体热电材料的方法，其步骤：原料配制和冷压成型，微波合成，TiNiSn热电合金的破碎、球磨和二次冷压成型以及微波烧结。本发明通过将微波合成与微波烧结相结合，并控制合成与烧结过程中的各种工艺参数，使TiNiSn热电材料的组织中原位析出纳米晶粒，从而显著降低TiNiSn热电材料的热导率，获得热电性能优越、组织和性能分布均匀且具有单一相的TiNiSn块体热电材料。
安徽工业大学
2021-04-11