我校在柔性熱電质料領域取得重要進展

近日，我校鄭直教授團隊在環境友好、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可控β-Ag₂Se薄膜”为题在线发表于质料科学领域著名期刊《先进质料》（Advanced Materials, 2021, DOI：10.1002/adma.202104786）,影响因子为30.8。

柔性可穿着溫差發電機(F-TEG)能夠直接將人體熱能轉化爲電能，它們在爲可穿着設備供電方面有巨大的潛力。近十年來，人們對多種柔性熱電质料進行了研究，但這些质料熱電性能依然不理想。基于理論和實際，要實現高效柔性無機薄膜TEG的商業化應用，需要解決3個關鍵問題：(1)構建/調節微結構，制止複雜的處理和相變過程，平衡電導率和晶格熱導率；(2)保證薄膜熱電质料具有大範圍內的連續、致密、幾何結構和良好的熱\電接觸；(3)減少熱電膜质料的厚度獲得盡可能高的輸出功率密度、更低的成本和靈活性。

爲滿足上述要求，制止由于高溫加工而必須經曆的α-Ag₂Se相，鄭直課題組經過大量實驗對單質銀硒化反應條件進行調控，提出了一種簡便實用的基于金屬外貌元素直接反應(DMSER)的溶液加工硒化法，可以在室溫下于水溶液中制備致密、具有高熱電性能的β-Ag2Se薄膜。該要领在1分鍾內將一定厚度的銀單質前驅體薄膜快速原位轉化爲高質量的、大柱狀晶粒組成的、大面積的β-Ag₂Se薄膜，具有面内随机性和面外[201]择优取向性。室温条件下，在厚度约莫为1μm的薄膜中获得了高达2590±414 μW m^?1K^?2的功率因子(PF)和1.2 ± 0.42的热电优值(zT)。在30 K和60 K温差下，基于该薄膜的柔性温差发电机的最大输出功率密度(MOPD)可划分到达27.6±1.95和124±8.78 W·m^-2，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，我校化工与质料学院（外貌微纳米质料研究所）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。我校2016级质料科学与工程专业本科生陈妙盈加入了本项目的研究事情，从大学二年级开始在郑直教授课题组开展本科生“开放平台实践课程”，遵循“科研反哺教学”理念，该研究结果也是该校实施OPCE人才培养战略的具体体现，为探索应用型大学的科教融合提供了实践经验。该研究获得了国家自然科学基金、河南省高条理人才特殊支持计划、河南省高校科技创新团队等计划的支持。（图片由化工与质料学院提供）

论文链接：DOI: 10.1002/adma.202104786

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202104786