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巨热电势的离子热电材料
基于Seebeck效应的热电转换材料可以实现热能与电能之间的直接相互转换，可为物联网体系中的小型传感器或电子设备提供可持续工作的电能。目前，基于传统电子型的热电转换材料（e-TE）在室温环境下捕获的能量可以达到毫瓦级的输出功率，但是受半导体电声输运行为的限制，优化的热电势约在200 μV/K左右。为获得1-5伏的供传感器工作的电压，在室温环境下的小温差工况下需要成千上万对n/p传统电子型热电对，增加了热电器件的集成难度和复杂程度；或者需要外接DC-
南方科技大学
2021-04-14
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
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
刚性室温热电材料和离子液体调制的柔性热电材料方面研究
热电材料是一种可以将热能和电能进行直接转换的新能源材料，基于热电技术制备的热电发电或制冷器件具有无活动部件、无污染、无噪声等优点。传统的经典碲化铋基室温热电材料是目前唯一被商业化量产应用的热电材料，主要应用于固态制冷。虽然该材料含有的Te元素丰度极低，并且力学性能不佳，但是自上世纪60年代被发现以来，一直被工业界沿用至今，没有可替代的材料。随着物联
南方科技大学
2021-04-14
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
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
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