热电材料发电的商业化进展与前景展望

综述了热电材料作为绿色环保能源转换材料的商业化进展与应用前景. 阐述了商业化的热电材料热电性能指标要求，分析了提高热电性能的条件和理论上的局限性. 通过分析近20年提高热电性能的研究，总结了一些突破上述局限性的有效手段，提出了将来提高热电性能的一些有效方法. 预测了热电性能商业化的前景.     

n型氧化物热电材料研究进展

氧化物热电材料在空气中具有较高的热稳定性和化学稳定性,在高温热电领域具有重要应用前景.与p型氧化物热电材料相比,n型材料的ZT值普遍偏低,制约了氧化物热电器件的发展.本文详细介绍了目前几种代表性n型氧化物热电材料的研究进展,分析了这几种材料的制备方法及电、热调控手段对其热电性能的影响和物理机制.在此基础上,提出了n型氧化物热电材料性能进一步优化的思路.     

热电材料断裂力学及热电转换效率研究的若干进展

热电材料作为一种新型功能材料可以将热能与电能相互转换,其断裂力学问题以及热电转换效率受到越来越广泛的关注,国内外许多学者开展了大量的研究工作.基于作者近几年在热电材料断裂力学和热电转换效率方面开展的研究工作,从理论分析、数值模拟和实验研究3个方面,综述了热电材料断裂力学问题的最新研究进展以及提高热电转换效率的研究成果.最后对未来热电材料断裂力学及热电转换效率的研究进行了展望.     

NaxCoO2热电性质的第一性原理研究

热电材料能够进行热能与电能的直接转化,对其进行理论研究对实际应用具有指导意义.NaxCoO2是一种新型的热电功能材料,近年来逐渐成为研究的热点.本文在基于密度泛函理论的第一性原理电子结构研究的基础上,利用恒定弛豫时间近似条件下的线性波尔兹曼方程研究了这种材料体系的热电性质,得出了其热电功率在确定温度下作为Na原子含量的函数.     

热电材料的研究进展

简要介绍了热电效应、热电材料性能评价方法,给出了评价热电材料的必要条件及改善品质因子的几种途径,系统阐述了热电材料的研究发展过程和近几年的最新研究动向.     

低维碳材料

<正>低维碳材料主要指富勒烯、碳纳米管、石墨烯等新发现的碳元素的新型同素异形体。低维碳材料是过去30年来材料科学领域最重要的科学发现,具有极其重要的科学价值和应用前景,其中富勒烯和石墨烯分别于1996年和2010年相继获得诺贝尔化学奖和物理奖。由于独特的几何结构和以sp2杂化轨道为主的成键结构,低维碳材料集优异的电学、力学、热学、光学等性能于一体。例如:石墨烯和碳纳米管是已知最薄和最细的材料,具有     

碳基二维晶体材料的研究进展

石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列而形成的蜂窝状二维层状晶体,具有众多奇异的电子、热、机械及光学等特性和广泛的应用前景.近年来,受到石墨烯研究的启示,新型二维层状晶体如六方氮化硼、过渡金属硫族化合物以及硅烯等受到越来越多的关注,正成为国际学术界的研究热点.本文简明地评述了碳基二维晶体材料研究的历史及现状,特别是石墨烯和硼、氮杂化石墨烯的研究进展,最后对碳基二维新材料的研究发展趋势进行了展望.     

中子散射技术在热电材料研究中的应用

热电材料是一种可以直接将热能转换为电能的有效能源材料,具有较高稳定性及简单结构等特点,但是低的能效限制了它的应用。因此,如何有效提高热电材料的效率是当下一个研究热点。"声子玻璃-电子晶体"(即高电导率低热导率材料)概念为设计理想的热电材料提供了一个明确的思路:目前,剪裁能带结构和降低晶格热导是改善热电性能的两个主流方向。其中降低晶格热导的方法主要集中在微观上改变声子色散关系,包括掺杂点缺陷和重原子、构造复杂的晶体结构和衍生非简谐性原子键、引入ratteling原子等等。中子散射技术(包括中子衍射、非弹性中子散射、中子漫散射等技术)可以从晶体结构、原子占位、均方位移、结构内应力、声子色散关系与态密度等多方面研究与晶格热导率相关的微观机制,在热电材料的研究中起着重要的作用。     

Na_xCo_2O_4热电材料的研究进展

介绍了NaxCo2O4氧化物热电材料的基本结构和热电性能,论述了NaxCo2O4热电材料的研究进展,并对NaxCo2O4材料的Na位掺杂(掺入K,Sr,Y,Nd,Sm,Yb,Ca,Ag)和Co位掺杂(掺入Ti,Rh,Pd,Pb,Mn,Ru)进行了评述·不同元素对Na位和Co位的掺杂效果的影响是不同的,但可以看出NaxCo2O4热电材料的掺杂研究有着非常好的研究价值和应用前景·     

ZnO一维纳米材料的合成方法及其应用研究

ZnO一维纳米材料具有特殊的结构与物理性能,其成功合成不仅为人们探索小尺度材料的量子效应及开发纳米光电器件提供宝贵的研究材料,也蕴含着巨大的应用前景.对ZnO一维纳米材料的合成方法及应用进行了阐述,针对目前ZnO一维纳米材料的合成工艺,选取催化生长法、水热法和化学溶液沉积法这3种常用方法进行分析和对比,研究了这3种方法合成样品的实验结果,总结了生长ZnO一维纳米材料的实验工艺.同时,也对其应用进行探讨并举例研究.     

热电材料的现状及特点

随着环境和能源的问题日益突出,热电材料的发展倍受关注。论述了热电效应的基本原理,分析了几种近年来研究的热电材料的结构及特点。     

半导体材料优值系数对热电堆发电循环效率的影响

从半导体能量微分方程出发,推导出半导体热电发电循环效率与材料优值系数ZT之间的关系,指出目前半导体热电发电循环效率较低的原因及提高途径,为今后提高半导体热电发电循环的性能奠定了基础。     

Nanostructured thermoelectric materials: Current research and future challenge

The field of thermoelectrics has long been recognized as a potentially transformative power generation technology and the field is now growing steadily due to their ability to convert heat directly into electricity and to develop cost-effective, pollution-free forms of energy conversion. Of various types of thermoelectric materials, nanostructured materials have shown the most promise for commercial use because of their extraordinary thermoelectric performances. This article aims to summarize the present progress of nanostructured thermoelectrics and intends to understand and explain the underpinnings of the innovative breakthroughs in the last decade or so. We believed that recent achievements will augur the possibility for thermoelectric power generation and cooling, and discuss several future directions which could lead to new exciting next generation of nanostructured thermoelectrics.     

n型CaMnO3基氧化物热电材料研究进展

n型CaMnO3基氧化物是一种具有优异高温热电性能的n型热电材料体系,从CaMnO3基热电氧化物晶体结构、物性、电子结构、电热传输理论以及Ca位掺杂、Mn位掺杂、Ca和Mn位复合掺杂优化其电热输运性能的角度,综述了n型CaMnO3基热电氧化物的最新研究进展,给出了存在的问题和今后研究的方向.     

电化学组装一维纳米线阵列温差电材料

低维温差电材料具有比块状温差电材料更高的优值,因而研制具有纳米线阵列结构的温差电材料对于提高材料的温差电转换效率具有重要意义.以具有纳米孔阵列结构的氧化铝多孔模板为阴极,在含有Bi 3、HTeO2 1的酸性溶液中,采用直流电沉积技术,通过在氧化铝多孔模板的纳米级微孔中沉积铋和碲,实现了一维纳米线阵列铋碲温差电材料的电化学组装.环境扫描电子显微镜(ESEM)和透射电子显微镜(TEM)的分折表明,电化学组装出的铋碲纳米线分布均匀,形状规则.铋碲纳米线的组成可方便地通过调整电沉积电位加以控制.     

有机无机复合温差电材料的无机掺杂剂

有机导电高分子因其低的热导率在温差电方面受到广泛的关注,但低电导率限制了其发展.掺杂无机半导体或CNT等纳米材料可有效改善有机导电高分子的热电性能.以PEDOT/PSS有机高分子为代表介绍有机无机复合温差电材料的无机掺杂剂的最新进展,并展望有机无机复合温差电材料未来的发展与应用.     

Enhancing thermoelectric performance of Cu-modified Bi0.5Sb1.5Te3 by electroless plating and annealing

With the capacity of energy conversion from heat to electricity directly, thermoelectric materials have been considered as an alternative solution to global energy crisis. In this work, Cu modified Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3(BST)composites are prepared by a facile electroless plating Cu method, spark plasma sintering, and annealing. The annealed 0.22 wt.%Cu/BST has an enhanced peak Figure of Merit(z T) of ~ 0.71 at 573 K with high average z T of0.65 in the wide temperature range between 300 and 573 K. Due to the significant increase of electrical conductivity and low lattice thermal conductivity, the annealed 0.22 wt.%Cu/BST shifts peak z T to high temperature, and shows 492% enhancement than that of pristine BST with z T of 0.12 at 573 K. Through detailed structural characterization of the annealed 0.22 wt.%Cu/BST, we found that Cu can dope into BST matrix and further form Cu2 Te nanoprecipitates, dislocations, and massive grain boundaries, leading to a low lattice thermal conductivity of 0.30 Wm-1 K-1 in the annealed 0.22 wt.%Cu/BST. Such enhanced peak z T in high-temperature and high average z T in the wide temperature range shows that the electroless plating Cu method and annealing can improve the thermoelectric performance of commercial BST and expand the applicability of Bi_2Te_3 thermoelectric materials in the power generations.     

“材料基因组”方法加速热电材料性能优化

通过材料计算、数据库技术的整合与协同,可以快速甄别决定材料性能的基本关键因素,将这种方法用于材料的性能优化和新材料的设计,可以实现科学化"系统寻优"的材料基因组方法,显著加快热电材料的设计与性能优化。以填充方钴矿材料和类金刚石结构化合物为例,从电子和声子优化的不同角度,采用材料基因组方法从成百上千种可能性中快速筛选和制备出高性能热电材料,展示了材料基因组方法可显著加速热电材料研究的能力。     

Mg2Si热电材料力学性能的分子动力学模拟研究:纳孔效应

在热电材料里引入纳孔能有效降低材料的热导率从而提高其热电性能,但纳米孔洞的引入也可能影响材料的力学性能。以圆柱孔理想单晶Mg_2Si块体热电材料为研究对象,建立不同孔径、孔隙率以及分布形式的纳孔Mg_2Si材料的原子模型,采用分子动力学模拟方法研究不同模型下材料的拉伸力学性能。结果表明:①纳孔的引入造成Mg_2Si热电材料的极限应力和弹性模量的降低,而纳孔孔隙率、分布形式都会影响到材料的极限应力,而材料的弹性模量主要与孔隙率有关,孔隙率越大,材料的弹性模量越低;②纳孔的引入不仅减小材料的有效荷载面积,更重要的是造成材料内部应力分布不均匀,而材料所能承受的拉伸方向的应力极限是一定的,因而当纳孔Mg_2Si热电材料平均应力远小于完整块体的极限应力时,材料内部最薄弱的地方的应力就已达到其极限应力,造成材料的破坏。