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科學(xué)家在柔性熱電技術(shù)研究中獲進(jìn)展

2022-08-22 14:49 來(lái)源:環(huán)球網(wǎng) 閱讀數(shù):1016

【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報(bào)道】8月22日消息,記者從中科院官網(wǎng)了解到,柔性電子被譽(yù)為未來(lái)革命性的電子技術(shù),有望廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)療等領(lǐng)域,但其發(fā)展受制于可自供電、易攜帶、高可靠的超薄柔性電源的缺失。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)可將人體或環(huán)境的熱量轉(zhuǎn)換為電能,具有體積小、無(wú)傳動(dòng)組件、無(wú)噪音、可全天候工作等優(yōu)點(diǎn),可為柔性電子提供一種可行的自供電解決方案。目前,柔性熱電技術(shù)的研究一般直接使用具有良好柔塑性的有機(jī)熱電材料,或者將脆性的無(wú)機(jī)熱電材料集成于柔性基板;前者的電性能較低,導(dǎo)致輸出電壓和功率遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)材料;后者結(jié)構(gòu)與工藝復(fù)雜,難以制備出超薄柔性器件。

近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的室溫塑性無(wú)機(jī)半導(dǎo)體如Ag2S(Nature Materials,2018)和二維范德華InSe單晶(Science,2020),將金屬/有機(jī)材料的力學(xué)特性與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的電學(xué)特性完美地集于一身;以此為基礎(chǔ),通過(guò)元素的固溶摻雜等改性研究,研制出一系列n型高性能無(wú)機(jī)塑性熱電材料(Energy & Environmental Science,2019;Advanced Materials,2021等),室溫和高溫?zé)犭妰?yōu)值分別達(dá)到0.44和0.80。這些新材料的研究為柔性熱電技術(shù)提供了全新的研究思路與解決方案。然而,p型無(wú)機(jī)塑性熱電材料的種類(lèi)稀少、室溫附近熱電優(yōu)值極低(約0.01),制約了傳統(tǒng)π型(面外型)超薄柔性熱電器件的研制及應(yīng)用。

近日,中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員仇鵬飛、史迅、陳立東等,與瑞典烏普薩拉大學(xué)教授章貞合作,開(kāi)發(fā)出系列高性能p型無(wú)機(jī)塑性熱電材料;基于此,科研人員研制出厚度僅為0.3mm的超薄π型柔性熱電器件,其功率密度數(shù)量級(jí)高于已報(bào)道的柔性熱電器件,且還數(shù)倍高于現(xiàn)有的剛性熱電器件。

相關(guān)研究成果以Flexible thermoelectrics based on ductile semiconductors為題,發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上。

據(jù)了解,該研究為柔性熱電技術(shù)提供了全新的解決方案,能將人體或環(huán)境熱量快速有效地轉(zhuǎn)換成電能,具有穩(wěn)定可靠、長(zhǎng)壽命、超薄、可彎曲、全天候工作等優(yōu)點(diǎn),有望為柔性電子提供高效的自供電技術(shù)。

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