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開發利用原料豐富、廉價、低毒的熱電材料

2021-04-13 00:00:00
云上高博會 http://www.c05ze3x.xyz
關鍵詞: 熱電材料
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所屬領域:
新材料及其應用
項目成果/簡介:

  和傳統熱電材料PbTe相比,SnSe原材料價格相對低廉、儲量比較豐富、而且低毒環保,然后,長期以來,由于其多晶熱電優值ZT很低而未受到廣泛關注。2014年,美國西北大學研究組在Nature上報道了SnSe單晶沿b軸方向具有超低的熱導率從而在923K取得極高的ZT峰值2.62,打破了塊體熱電材料最高值記錄,故而在熱電領域引起了廣泛反響。然而由于本征載流子濃度過低,該材料在中低溫區的熱電性能并不理想。針對這一問題,在《科學》的文章中, 研究者通過調整SnSe的能帶結構來調控其的導電性和溫差電動勢,從而在中低溫區使得其熱電性能得以大幅提升。其內在機理來源于SnSe非常復雜的價帶結構,擁有不同有效質量和遷移率的價帶之間能隙很小,當費米能級進入和接近多個價帶時可實現多個價帶同時參與電傳輸。其原理可以形象地解釋為: 一條高速公路(對應單一價帶)上有無數擁擠的車輛,因此車輛行駛的非常緩慢;但如果把同樣數量的車輛分配到多條并行的公路后,車不但行駛的快而且在單位路面上通過的車也會曾多。通過這一調控費米能級的方法,使得SnSe的溫差電動勢獲得極大提高,從了導致SnSe材料在中低溫區的熱電優值ZT得以大幅提升,理論上可以產生大約16.7 %的熱電轉化效率。何佳清教授課題組也在對SnSe熱電材料體系進行更為深入的研究,后續會有更多相關成果整理發表。

項目階段:
未應用
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