抽象的热电材料和设备近年来引起了极大的关注,因为它们将废热转化为可用的电力,为可持续能源收集开辟了新的途径。随着热电材料和设备领域的研究继续增长,需要有效且可扩展的制造方法。在各种制造技术中,印刷方法已成为生产热电材料和设备的有前途的方法,提供了低成本,高吞吐量和设计灵活性等优势。在这里,我们概述了制造热电材料和设备的印刷方法的最新进展。我们讨论了与各种印刷技术相关的关键原则,挑战和机会,包括丝网印刷,喷墨打印和3D打印,重点关注其在热电材料和设备中的应用。此外,我们强调了优化印刷参数,墨水配方和后加工方法的进展,以增强印刷材料和设备的热电性能。最后,我们提供了有关热电材料和设备印刷方法领域的前景和潜在研究方向的见解。本评论旨在详细概述热电材料和设备的最新印刷技术,并为在这个快速发展的领域工作的研究人员和从业人员提供参考。
组氨酸生物合成的步骤(Sissler等,1999)。 与AS-A相反,HISZ仅在细菌156 中发现组氨酸生物合成的步骤(Sissler等,1999)。与AS-A相反,HISZ仅在细菌156
热电发电机在航空航天和飞机应用方面具有巨大潜力。然而,传统的热电设备制造方法严重限制了设备的适应性,从而限制了其市场化程度。激光粉末床熔化是一种增材制造方法,在生产热电设备方面显示出巨大的潜力。与金属相比,热电材料由于导热系数低、脆性断裂特性和不规则粉末颗粒形貌而面临独特的挑战。本文,我们介绍了通过激光粉末床熔化制造 Bi 2 Te 3 热电部件的加工程序。我们确定了关键工艺参数的成功组合——激光功率、扫描速度、扫描距离和粉末层厚度——以获得在密度和物理性能方面高质量的部件,并且我们展示了工艺参数变化对成品部件质量的影响。虽然体积能量密度不能唯一地决定部件质量,但它是确定热电材料工艺参数的有用指南,对于 Bi 2 Te 3 ,最佳值在 9 到 11 J/mm 3 之间。我们成功制备了不同自由形状的Bi 2 Te 3 粉末。结果表明,该方法可以更广泛地扩展到其他半导体材料,包括适用于空间应用的热电发电材料。
其中,S 为塞贝克系数,σ 为电导率,κ 为热导率,T 为绝对温度。ZT 用于比较热导率不同材料的热电性能。而功率因数(PF = S2σ)则比较热导率相近材料的热电效率。[1–7] 目前,Bi 2 Te 3 、PbTe 和 SiGe 等无机化合物占据热电市场主导地位。[8–12] 然而,这些化合物的使用存在若干缺点,例如毒性、原材料稀缺、成本高和不可持续。因此,人们对寻找可替代的可持续、高度丰富、低成本和无毒的材料有着浓厚的兴趣。有机半导体(例如:导电聚合物、碳质材料和纳米复合材料)由于其优越的性能(例如可用性、低热导率、易于化学改性和大规模生产)而提供了一种新兴的替代方案。通过掺杂 PEDOT 来提高导电聚合物的热电性能,可使 ZT 值达到 0.2–0.4。[13] 碳纳米结构,特别是碳纳米管 (CNT) 在通过以下方法制备的多层系统中表现出优异的热电行为
n型Mg 3 SB 2-x Bi X合金近年来已经进行了广泛的研究,因为它们的功绩(ZT)显着增强,因此将其作为废热恢复和冷却应用的潜在候选者。在这篇综述中,总结了与Mg 3 SB 2合金Mg 3 Bi 2产生的效果,包括狭窄的带隙,有效的质量减少和载流子迁移率增加。随后,揭示了N型Mg 3 SB 2-X BI X中缺陷控制的电性能。一方面,对内在缺陷和外部缺陷的操纵可以达到最佳载体浓度。另一方面,MG空缺主导载体散发机理(电离杂质散射和晶界散射)。讨论了Mg 3 SB 2-x BI X热电材料的两个方面。最后,我们回顾了发电和冷却应用中这些材料的当前状态和未来前景。
热电材料经过几十年的发展,在理论和实验上都取得了长足的进步。随着热电性能的不断提高,材料中引入的缺陷也日趋复杂,为了优化热电性能,在热电材料中引入了零维点缺陷、一维线缺陷、二维面缺陷和三维体缺陷。考虑到各类缺陷的不同特点,深入了解它们在热电输运过程中的作用至关重要。本文对不同类型的缺陷对能带结构、载流子和声子的输运行为等缺陷相关的物理影响进行了分类和总结,并总结了缺陷的实验表征和理论模拟的最新成果,以便准确确定用于热电材料设计的缺陷类型。最后,基于目前的理论和实验成果,综述了利用多维缺陷优化热电性能的策略。
完整作者列表: Slade, Tyler;西北大学,化学系 Grovogui, Jann;西北大学,材料科学与工程系 Kuo, Jimmy;西北大学,材料科学与工程系 Anand, Shashwat;西北大学,材料科学与工程系 Bailey, Trevor;密歇根大学,物理系 Wood, Max;西北大学,材料科学与工程系 Uher, Ctirad;密歇根大学,物理系 Snyder, G.;西北大学,材料科学与工程系 Dravid, Vinayak;西北大学,材料科学与工程系 Kanatzidis, Mercouri;西北大学,化学系
在能源需求不断增长的时代,拓展可再生能源的新途径并减少化石燃料的消耗是一项挑战。收集来自太阳或工业应用散发的热量作为替代能源已成为一个重要的研究领域。热电与由于施加的温度梯度而产生的电力或由于施加的电压而产生的热流有关,它提供了在全固态转换装置中利用部分这种“免费”能源发电的潜力。热电制冷已有多种应用,与可以通过增强材料性能实现的潜在应用一样诱人。热电装置可靠,没有活动部件,不会向大气中释放有害气体。尽管具有这些吸引人的特征,但由于转换效率低,热电仍然是一个小众领域。在材料要求方面,主要的挑战是克服典型材料电性能和热性能相互关系带来的缺点。由于热电性能系数没有基本极限,材料特性没有无单位标量,材料库不断增加,热电领域正在经历对性能增强材料的新推动。寻找有用化合物的新发展,以及理论和计算建模能力的进步,使得材料评估速度更快,并通过结合理论和实验努力设计和发现新系统。我们组织了《应用物理学杂志》上的“先进热电”专题作为一个论坛,介绍该领域的最新进展和进步。我们希望这个专题能够概述热电材料研究和开发领域的现状。我们在下面仅概述了本专题中介绍的部分工作。热电在某种程度上本质上是一个材料驱动的领域。随着强大的计算资源和新型多功能技术的出现,这种关系变得更加突出
事实证明,最大化能带简并度和最小化声子弛豫时间对于推进热电学是成功的。与单碲化物合金化已被公认为是收敛 PbTe 价带以改善电子性能的有效方法,同时材料的晶格热导率仍有进一步降低的空间。最近有研究表明,声子色散的加宽衡量了声子散射的强度,而晶格位错是通过晶格应变波动实现这种加宽的特别有效的来源。在本研究中,通过精细控制 MnTe 和 EuTe 合金化,由于涉及多个传输带,PbTe 价带边缘附近的电子态密度显著增加,而密集的晶内位错的产生导致声子色散有效加宽,从而缩短声子寿命,这是由于位错的应变波动较大,这已由同步加速器 X 射线衍射证实。电子和热改进的协同作用成功地使平均热电性能系数高于工作温度下 p 型 PbTe 的报道值。