【科學網】柔性熱電质料研究獲進展

近日，許昌學院教授鄭直團隊在環境友好、低成本制備高效率熱電质料和技術方面取得重要進展，獲得了室溫水溶液反應快速、結構獨特且性能優越的硒化銀熱電薄膜與器件。相關研究结果以“面向商用柔性熱電器件的微結構定制β-硒化銀（β-Ag₂Se）薄膜”爲題在線發表于质料科學領域期刊《先進质料》。

可穿着設備讓人類成爲物聯網的一部门並顯示出巨大的商業化前景。但由于各種電池的壽命所限，持續爲可穿着或嵌入式設備供電正面臨巨大挑戰。

郑直介绍说，热电发电器 (TEG) 能够以奇特的方式将热能（废热）转化为电能，为可穿着设备提供了理想能量供应方式。热电器件的热电优值、功率因子和最大输出功率密度等反映了差异微观结构对质料热电性能的影响，同时优化塞贝克系数、电导率和热导率等参数很是困难。

“另外，塊體质料由于剛性特征，限制了其在柔性熱電發電器中的應用。然而，薄膜硫族化物卻以其高熱電轉換性能和柔性，爲未來人工智能和可穿着設備指明了前景。”鄭直說，在這方面，β-Ag₂Se在室溫下作爲柔性TEGs所表現出的顯著優勢受到了極大關注。然而，先前報道的硒化战略，不行制止地需要相對較高的溫度，或者需要高壓或真空條件，均倒霉于硒化銀质料的進一步商業化推廣。

自2005年开始，郑直课题组开展金属外貌单质反映在能量转换中的应用研究。针对该问题，研究人员经过大量实验，最终使整个硒化反映可以在室温下进行，并可在1分钟内（最快15秒）完成。经过优化的薄膜功率因子和热电优值划分到达2590 μW m^-1K^-2和1.2的高值。以此薄膜直接作为热电腿原位制备的系列柔性薄膜热电发电器件，室温事情条件下器件功率密度到达27.6 W·m^-2（30 K温差）和124 W·m^-2（30 K温差）的超高性能，可以与商业化的 Bi₂Te₃（銻化铋）质料相媲美，具有工業應用前景。

PP电子学院为论文第一作者与通讯作者单元，该校青年教師雷岩与华东师范大学齐瑞娟为配合第一作者，雷岩、Takao Mori、郑直为通讯作者。

該研究结果也是該校實施OPCE人才培養戰略的具體體現，爲探索應用型大學的科教融合提供了實踐經驗。該研究获得了國家自然科學基金、河南省高層次人才特殊支持計劃、河南省高校科技創新團隊等計劃的支持。

相關論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202104786

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