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同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院蔡克峰教授課題組在高性能柔性熱電材料研究方向取得了重要研究進展,研究成果以論文形式于2019年7月9日發(fā)表在英國皇家化學(xué)學(xué)會著名期刊Energy & Environmental Science(影響因子33.25)上,論文題目為“Ultrahigh Power Factor and Flexible Silver Selenide-based Composite Film for Thermoelectric Devices”,該論文第一作者是同濟大學(xué)博士研究生逯瑤,蔡克峰教授、中科院上海硅酸鹽研究所陳立東研究員及南方科技大學(xué)何佳清教授為論文共同通訊作者,同濟大學(xué)是論文的第一單位。
熱電技術(shù)是一種“綠色”的能源技術(shù),它可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能或利用電能制冷,該技術(shù)的關(guān)鍵是制備高性能熱電材料。利用柔性熱電材料構(gòu)筑的柔性熱電器件能直接利用人體體溫和環(huán)境的溫差進行發(fā)電,可為迅猛增長的可穿戴和醫(yī)用植入式電子設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)傳感器提供電源,因而受到越來越多的關(guān)注。無機熱電材料雖然具有優(yōu)異的熱電性能,但由于其剛性和脆性一直被排除在柔性熱電材料之列。如何將無機材料的高熱電性能和柔性結(jié)合起來,是開發(fā)高性能柔性熱電材料的一大難題。
今年初蔡克峰教授課題組在自然通訊(Nature Communications, 2019, 10, 841)上報道了硒化銀/尼龍復(fù)合柔性熱電薄膜的工作,本工作就是在該工作的基礎(chǔ)上,采用同樣的制備方法研究了添加銅對熱電性能的影響,通過優(yōu)化組分獲得了超高功率因子的n型Ag2Se/Ag/CuAgSe復(fù)合薄膜。復(fù)合膜中Ag和CuAgSe以納米晶的形式隨機分布在Ag2Se晶粒的表面和晶界上。銀納米晶的存在極大地提升了復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率,而異質(zhì)界面引起的能量過濾效應(yīng)又使得復(fù)合膜保持較高的Seebeck系數(shù);薄膜室溫的功率因子達到2231.5 mW m-1 K-2,是不添加銅時的2倍多,也是至今報道的n型柔性熱電薄膜的最高值。以此復(fù)合膜設(shè)計的6個單臂組成的柔性發(fā)電器件在45 K溫差下輸出功率為490 nW(功率密度為5.42 W m-2)。同時,因為硒化銀基膜與尼龍膜之間的協(xié)同作用,復(fù)合膜具有很好的柔性(繞半徑為4 mm的圓棒彎曲1000次后功率因子僅下降10%),具有很好的應(yīng)用前景。這項工作為設(shè)計高性能的復(fù)合熱電薄膜提供了新的思路。
該工作獲得國家自然科學(xué)基金重點項目的資助。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/EE/C9EE01609K
性能優(yōu)異的柔性熱電薄膜 |