低晶格热导率热电材料

热电材料能够实现热能和电能之间的直接相互转换,被视为具有广泛应用前景的清洁能源材料。热电材料的规模化应用主要受制于其较低的能量转换效率,因此提高材料的热电性能仍然是当前研究的重心。优化电输运性能和降低晶格热导率是提升热电性能的两条主要途径。相较于强关联的电导率和塞贝克系数,晶格热导率相对可以独立调控,因此如何获得低晶格热导率成为热电材料研究的热点。文章综述了利用晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、填隙原子等降低晶格热导率的方法及其声子散射机制,并对低维、低声速、低比热等热电材料的研究进展及其具有本征低晶格热导率的机制进行了介绍。     

电热输运微观机制理解与新热电材料设计

基于材料微观理解的热电材料理论设计是热电领域的研究趋势,可以大大加快热电材料的研发速度。用三个热电材料的理论设计实例,综述了与能级简并相关的能带工程、复杂化合物中导电通道和电热输运性能独立调控,以及具有反常热导率变化的半晶态化合物等方面的研究,涵盖了电和热输运的多个方面,同时也指出了几个热电材料理论设计的未来发展方向。     

填充方钴矿热电材料的研究进展

热电转换是一种新兴的清洁能源技术, 可实现热能和电能的直接转换, 提高能源的使用效率, 降低石化能源的消费比重, 减少二氧化碳的排放, 达到保护环境的目的,相关研究在国际上引起了广泛关注. 由于材料中电和热的输运强烈地耦合在一起, 难以独立调控, 热电材料的性能优值长期徘徊在1.0左右, 仅在室温制冷等若干特殊领域获得了小规模应用. 有效提高热电材料性能已成为热电转换技术工业应用与热电材料科学领域亟待解决的热点与难点.科学家G. Slack提出理想化热电材料应该具有“声子玻璃-电子晶体”的特征, 相关研究成为近年来热电材料领域最重要和最具有代表意义的方向. 一些具有孔洞结构的笼状化合物, 如方钴矿材料被认为可能有“声子玻璃-电子晶体”特性, 而得到了广泛的关注; 但该笼状化合物中与输运性能相关的诸多物理机制, 以及与“声子玻璃-电子晶体”特征之间的关联尚不清楚, 限制了对该类材料的进一步认识和性能优化.     

导电PEDOT热电材料发展简史

热电材料能够直接实现热能与电能的相互转换,是重要的新型环保能源转换材料之一.无机半导体材料是当前性能最好的热电材料,然而由于资源、性能及价格的局限而难以实现大规模工业化应用.因此,发展新型高性能热电材料已成为当前重要研究领域.导电高分子(CPs)作为一种潜在的热电材料,其研究已有三十余年,然而在2000年之前,因其性能不佳而未引起高度关注.2008年,聚3,4-二氧乙撑噻吩(PEDOT)热电优值(ZT)首次被报道超过10~(-3),为发展高性能有机热电材料带来新的曙光.此后,大量新技术和方法应用于PEDOT热电性能的改善和提高.近十年来,PEDOT的ZT值迅速从10~(-4)提高到10~(-1),使PEDOT成为最有希望的有机热电材料之一.尽管PEDOT热电材料离实际工业化应用仍有较大差距(ZT1),但依然是未来有机热电材料中可能获得重大突破的p型有机热电材料.本文简要归纳了导电PEDOT作为热电材料的优势、发展历程、性能改善的方法及其未来发展趋势.     

高性能柔性碲化铋/碳纳米管复合热电薄膜

<正>热电材料是可将热能与电能相互直接转换的绿色能源材料[1,2],其能量转换效率主要取决于材料与器件性能,不依赖于能量体系的大小,因而在微小热源的回收发电、局部"热点"的快速精确制冷等技术领域具有显著的优势,在环境温差原位发电、低品位分散式热源利用、电子器件/微系统芯片温控等领域具有重要的应用.在实际应用中,     

热电材料的基本原理、关键问题及研究进展

热电材料是一种利用固体中载流子(电子和空穴)运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和便携式制冷等领域得到重要应用。目前,如何协调优化载流子和声子的输运性能,从而提高热电材料能量转换效率,使其在利用余热发电方面发挥更大应用价值是材料学家研究的主要目标。简要介绍了热电效应的基本原理,总结了热电材料发展中的诸多关键科学问题,从结构设计(原子结构、纳米结构以及微米结构)方面综述了近年来的主要研究成果,并强调了温差发电技术对解决当前环境污染和能源危机的重要意义。     

基于热电转换的超级电容器性能及应用研究进展

超级电容器是一种具有良好应用前景的储能器件,因具有优良的电化学性能以及可进行便捷的热电转换而被广泛应用于电子产品、汽车制造等领域.本文基于超级电容器热电转换功能,简要介绍了超级电容器的种类及工作过程中发生的热诱导效应,综述了在热电转换时超级电容器性能的研究进展.最后,总结了超级电容器在热电转换方面的应用并对其发展方向进行了展望.     

“声子液体”热电材料研究进展

热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应(Seebeck effect)和帕尔贴效应(Peltier effect)可实现热能与电能的直接相互转换,是一种清洁利用能源的有效方式.快离子导体一般应用于电池材料.本文论述了近期研究中采用快离子导体的基本特性来探索高性能热电材料的研究进展,详细介绍了快离子导体的两套亚点阵结构可有效优化材料的电热输运特性,从而实现热电材料的"横波阻尼效应";提出了"声子液体"新概念,为热电材料性能优化和新热电化合物的探索提供新的思路和方向.     

晶格匹配型单量子阱GaAs/AI_xGa_(1-x)As半导体电极的光电化学行为

近年来,在半导体光电化学领域中,半导体超晶格(量子阱)材料作为一种新型的光电极的研究已引起人们广泛的注意和重视.由于半导体超晶格(量子阱)能带的量子化,因此具有许多完全不同于体材料的新特性,如其量子阱中的激子受到阱宽的限制不仅寿命长于相应的体材料,而且有较强的光吸收性能;量子阱中光生热载流子的能量驰豫明显慢于体材料,具有较长的热载流子寿命,大大增强了热载流子效应以及其载流子迁移率大于体材料等.这些特性都有利于提高光能的转换效率.本文研究了晶格匹配型单量子阱GaAs/Al_xGa_(1-x)As电极     

高性能Ag-Pb-Sb-Te体系半导体热电材料的制备与性能

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)方法制备了高性能的Ag-Pb-Sb-Te体系块体热电材料. 利用XRD和SEM等表征手段分析了材料的物相组成和微观结构, 详细研究了组分变化, 尤其是Pb含量的改变对Ag_0.8Pb_18+xSbTe20体系材料热电性能(包括电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率和热电优值等)的影响规律. 研究表明, Ag-Pb-Sb-Te体系材料的最佳组成为Ag_0.8Pb_22.5SbTe₂₀, 对应的最大热电优值为1.2(673 K).     

High-performance bulk thermoelectric materials and devices

Thermoelectric technology has intrigued wide-spread interests with a direct conversion between electricity and heat.The study on thermoelectric materials ultimately comes down to improving electrical properties and reducing lattice thermal conductivity,thus leading to a considerable thermoelectric figure of merit(zT).In this paper,we summarize our recent progress in skutterudites,diamond-like compounds,liquid-like materials,thermoelectric critical phenomena and mosaic crystals,and thermoelectric devices.The significant improvement in thermoelectric materials and devices greatly promotes thermoelectric technology as an important role in future energy solution.     

煤基/碳基固体氧化物燃料电池技术发展前沿

作为新一代能源技术,固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell, SOFC）发电系统具有能量转化效率高、燃料适应性广、价格低廉、安全方便等特点。SOFC技术通过长期研究和发展,其电解质、阴极、阳极等关键材料核心技术已经突破,并初步具备产业化发展的基础,但其整体性能的优化仍有待深入研究,其中解决碳基燃料SOFC长期稳定性是实现SOFC商业化的关键所在。必须进一步探索SOFC发电技术中碳基燃料电化学和催化化学过程,解决材料稳定性、界面相容性和耐热循环性,系统中传热、传质与电极反应耦合等科学问题;发展纳米微米级薄膜制备技术、SOFC电池堆装配和系统集成技术,实现SOFC整机性能的稳定和优化,推动SOFC跨越式发展。     

低温下纳通道中纳米流体的传热机理

基于平衡分子动力学方法,引入含有量子修正项的WK势能模型,研究了低温条件下含有铜纳米颗粒的氦纳米流体在纳米尺度通道中的传热机理.通过比较原子势能、动能和碰撞能及加入纳米颗粒对热导率的影响,揭示出纳米颗粒与系统所有原子的相互作用势对纳米流体热导率贡献最大.分析热导率矢量随计算时间的收敛曲线,发现流道方向的热导率远大于壁面方向,热导率呈现出各向异性特征,深入的研究最终阐明了产生这一现象的物理机理.     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

Recent advances in metal nanowire-based transparent conductive films:Fabrication and applications

Transparent conductive films(TCFs) have attracted intense attention in many electronic products, such as flexible devices, organic light-emitting diodes and stretchable electronics. Indium tin oxide(ITO) is the most commonly used transparent conductive material. However, the instinct brittleness, low reserves and high manufacturing costs associated with ITO prompted searching for a suitable alternative. The alternatives are expected to have a comparable optoelectrical performance with ITO, excellent flexibility and low cost. At present, metal nanowires(NWs) are the only alternative to ITO that satisfy these requirements concurrently. Nevertheless, practical applications of metal NWs are still limited by several drawbacks, including the poor quality of synthesized NWs, the loose wire to wire junctions, and the low resistance against oxidation or corrosion. This review summarizes the recent developments of TCFs to address these challenging issues and highlights some most important fabrication methods to improve the conductivity and stability of TCFs. At last, the applications of TCFs in a variety of devices, such as transparent heaters, organic light-emitting diodes and electrochromic devices, are also discussed.     

光电化学免疫分析研究进展

光电化学分析是近年建立起来的一种基于物质的光电转换特性而进行检测的新型分析方法,它具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等特点.光电化学免疫分析则是光电化学分析与免疫反应的结合,体现了光电化学传感的高灵敏度和免疫反应的高特异性.其基本方法原理是,在光照条件下,光电活性物质将免疫反应转变为电信号,从而实现对待测物的定量测定.在过去10年中,伴随着光电化学分析技术的进步,光电化学免疫分析经历了快速发展的过程.本文介绍了光电化学免疫分析的方法原理和特点,对其代表性的研究工作进行介绍和评述,并展望其未来的发展趋势.     

浅析燃料电池

燃料电池作为一种将化学能直接转换为电能的发电装置,凭借其发电效率高、污染小、噪音低等诸多优点在各个领域中脱颖而出,被《美国时代周刊》誉为"21世纪的高科技之首"。本文阐述了燃料电池的相关概念及特点,讲述了燃料电池的发展历程,并从民用和军用两大方面介绍了燃料电池的最新进展,最后探讨了燃料电池发展面临的问题并对它的未来进行了展望。     

应力下OsSi2电子结构和光学特性研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论(Density Functional Theory)赝势法, 对各向同性形变下OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算. 计算结果表明, 当晶格常数从96%, 100%, 104%依次进行各向同性形变时, OsSi2的带隙逐渐减小. 当晶格参数被压缩到原来的96%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.928 eV, 当晶格参数被拉伸到原来的104%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.068 eV. 其光学特性曲线向低能方向漂移, 晶格拉伸使得OsSi₂的静态介电函数增大而压缩使其减小; 晶格压缩可以使其吸收响应增强, 进而提高光电转换效率.