全球对化石燃料以外替代能源资源的需求由于其消耗的耗竭和环境影响而被放大。最近的评估发现,在能源转化步骤中,全球72%的全球能源消耗损失。1,重大损失被指定为废热,需要回收以提高全球能源可持续性。因此,热电(TE)材料通过将废热转换为电力并作为无噪声和无噪声的固态冷却器来使其成为一种可持续和可靠的能源引起了极大的兴趣。2热电效率取决于功绩的无量纲热电图,ZT = A2σT /κ,其中a,σ,T和κ分别是Seebeck系数,分别是电导率,绝对温度和总导电性。3材料的热电效率可以通过
掺杂是提升各种有机电子器件性能的重要策略。然而,在许多情况下,共轭聚合物中掺杂剂的随机分布会导致聚合物微结构的破坏,严重限制了电子器件的可实现性能。本文表明,通过离子交换掺杂聚噻吩基 P[(3HT) 1-x -stat-(T) x ](x = 0(P1)、0.12(P2)、0.24(P3)和 0.36(P4)),无规共聚物 P3 实现了 > 400 S cm − 1 的极高电导率和 > 16 μ W m − 1 K − 2 的功率因数,使其成为有史以来报道的基于未排列的 P3HT 薄膜中最高的电导率之一,明显高于 P1(< 40 S cm − 1 、< 4 μ W m − 1 K − 2)。尽管两种聚合物在原始状态下都表现出相当的场效应晶体管空穴迁移率≈0.1 cm 2 V − 1 s − 1,但掺杂后,霍尔效应测量表明 P3 表现出高达 1.2 cm 2 V − 1 s − 1 的霍尔迁移率,明显优于 P1(0.06 cm 2 V − 1 s − 1)。GIWAXS 测量确定掺杂 P3 的平面内𝝅 – 𝝅堆叠距离为 3.44 Å,明显短于掺杂 P1(3.68 Å)。这些发现有助于解决 P3HT 中长期存在的掺杂剂诱导无序问题,并作为在高掺杂聚合物中实现快速电荷传输以实现高效电子器件的典范。
材料必须在表现出低的导热率的同时结合高塞贝克系和电导率。3广泛认可了常规无机半导体材料(例如BI 2 SB 3,BI 2 TE 3和PBTE)的进步。2,3与它们的无机柜台相比,进行聚合物有望在废热收集中使用时出色的优势,可享有丰富的可及性,丰富的可用性,成本效益,轻度和固有的低导热率。4 - 6聚(3,4-乙二醇乙烯噻吩):聚(苯甲酸苯甲酸酯)(PEDOT:PSS)是一种导电聚合物,在TE应用中具有有希望的利用特征。这种可商购的聚合物表现出显着的优势,例如水的差异性,良好性,高透明度和易于加工性。7 - 9这些特征有助于其在热电学中的可行材料。但是,应注意,与以前的研究相比,该特定聚合物表现出的TE性能显着降低。10,11
基于钛酸盐的陶瓷由于其低成本以及高热和化学稳定性而有希望的N型热电学。在这里,用电化学生产的氧化石墨烯(EGO)和市售的碳黑色(CB)的碳添加碳添加了SRTI 0.85 Nb 0.15 O 3。陶瓷样品在还原的气氛下在1700 K处烧结。XRD,HR-TEM和Raman Spectra证实基质相为立方perov-Skite。没有碳残留。通过掺入氧化石墨烯,由于载流子迁移率增强,电导率在300 K时在300 K下增加了9倍至2818 s cm-1。相比之下,碳黑色样品表现出低密度和较小的平均晶粒尺寸约为1μm。高分辨率的X射线光电子光谱显示出碳黑色样品中存在大量电离杂质,从而显着增强了散射效应。在873 K处实现了1.7 W m -1 K -1的低热电导率。该工作表明,自我促进了SRTIO 3中的电荷运输,而CB则显着抑制了声子的传输。这两种影响与其他热电学的发展有关。
热电材料作为能够将电能和热能相互转化的材料,如何提高热电材料的热电转换效率是当前研究的热点问题。目前,Bi 2 Te 3 基热电材料在室温附近ZT值可以达到1.3~1.4,部分热电材料在高温下的ZT值可以达到2.0以上。但要想使热电材料实现更广泛的应用,必须寻找到室温下热电性能更高的材料。目前,提高热电材料的热电转换效率常用的方法有:
已经使用了第一个原理计算与半古典玻尔兹曼理论相结合的第一原理计算研究了间质氮(N)掺杂石墨烯的热电特性。我们发现,与原始石墨烯以及ZT值相比,N掺杂石墨烯的Seebeck Coeffi Cient是3和5.5倍。在室温下,对于原始石墨烯而言,ZT值为0.81,而N-掺杂石墨烯的ZT值分别上升到0.98和1.00,分别为6.25%和50%的氮掺杂。N掺杂石墨烯的Seebeck系数的增加是由于有效质量带的增加所致,因为化学电势升至最小传导带。我们观察到N掺杂的石墨烯在正能范围内表现出最高的ZT值,表明P型特征。我们的发现表明,N型石墨烯具有热电应用的有希望的潜力,并提供了对掺杂石墨烯材料热电特性的基础物理学的见解。
固体中的多态性(及其扩展形式——伪多态性)在矿物学、晶体学、化学/生物化学、材料科学和制药工业中普遍存在。尽管控制(伪)多态性困难,但实现特定的(伪)多态性相和相关的边界结构是提高材料在能量转换和机电应用方面性能的有效途径。本文将伪多态相 (PP) 概念通过 CuBr 2 掺杂应用于热电铜硫化物 Cu 2- x S (x ≤ 0.25)。在 Cu 1.8 S + 3 wt% CuBr 2 中,在 773 K 时获得了 1.25 的峰值 ZT 值,比原始 Cu 1.8 S 样品高 2.3 倍。原子分辨率扫描透射电子显微镜证实了原始 Cu 1.8 S 低辉绿岩转变为 PP 工程化高辉绿岩,以及不同 PP 之间形成 (半) 相干界面,这有望增强声子散射。结果表明,PP 工程是提高 Cu-S 化合物热电性能的有效方法。预计它在其他材料中也会有用。
基于方平面过渡金属配合物(如 MO 4 、M(NH) 4 和 MS 4 ,M = 金属)的 2D 共轭配位聚合物 (cCP) 是一类新兴的(半)导电材料,在超级电容器、催化和热电应用中具有重要意义。寻找高性能镍氮 (Ni-N) 基 cCP 薄膜的合成方法是一项长期挑战。本文开发了一种通用的、动态控制的表面合成方法,可产生高导电性的 Ni-N 基 cCP 薄膜,并研究了热电性能与分子结构的关系及其与周围大气相互作用的依赖性。在所研究的四种具有不同配体尺寸的 cCP 中,六氨基苯和六氨基三菲基薄膜在这种 Ni-N 基 cCP 系列中表现出创纪录的电导率(100-200 S cm –1 ),比之前报道的高一个数量级,并且其热电功率因数在报道的 2D cCP 中最高,可达 10 μ W m –1 K –2。研究了这些薄膜的传输物理,结果表明,根据主客体与氧/水的相互作用,可以很大程度上调节多数载流子类型和塞贝克系数的值。高电导率可能反映了(小)有序畴与支持无序金属传输的晶界之间的良好互连性。
摘要。由于其高稳定性和宽范围的带隙,已经大规模研究了半身的材料。在这里,我们研究了LICDX(X N,P,AS,SB和BI)的基本物理和热电学参数,并观察到这些化合物具有F43M空间组,其空间群为5.31、6.06、6.25、6.64和6.81Å的LICDN,LICDP,LICDAS,LICDAS,LICDAS,LICDSB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LICDB和LITBIDB和LITBI,所有化合物都表现出直接的带隙半导体行为,除了licdbi显示金属性质。在近红外和可见区域中,这些化合物显示出极好的光伏行为,但它们限制了远红外和紫外线的辐射。通过检查热电特性,我们分析了在300 K时,ZT在这些材料中的三种材料的p和n区域都达到了统一性,使它们在环境温度下使它们具有前瞻性热电候选。所研究的热力学特性证实了材料稳定,这将激发实验者。