热电资讯｜PEM-2&ZEM-3助力用户文章登上行业知名期刊
发布日期：2020-08-13
导读：当今，化石能源短缺和环境污染问题凸显，能源多元化和高效多级利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环保型制冷技术热电转换技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电转换技术是利用材料的塞贝克效应与帕尔贴效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。这种技术具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广等优点。
柔性热电能量转换技术可将环境或人体温差转化成电能并实现电子设备的自供电，在可穿戴等领域具有广阔的应用前景。传统无机热电材料具有优异的热电性能，但不具备柔性功能；而有机热电材料虽具有良好的柔性和弯曲性能，但热电性能。有机/无机复合热电材料可综合无机材料的热电高性能和有机材料的良好弯曲性能，成为近年来的研究热点。在有机/无机复合热电材料的研究中，研究者经常使用碳纳米管等一维材料，但其塞贝克系数较低，使得复合材料的塞贝克系数难以提高。因此，如何选择合适的无机/有机材料进行搭配从而获得性能较好的复合材料成为关键的问题。
近期，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员史迅、陈立东等提出了一种维度匹配的复合热电材料设计新思路，即使用具有一维结构的聚偏氟乙烯（PVDF）和Ta4SiTe4无机材料进行复合制备有机/无机柔性复合薄膜。其原型器件在35.5K温差下归一化大功率密度为目前已报道的柔性热电器件中的高值。相关研究成果以Conformal organic–inorganic semiconductor composites for flexible thermoelectrics 为题 ，发表于Energy & Environmental Science上[1]。
近年来，能源危机、环境污染及空间活动的扩大，促使研究人员致力于开发高效、无污染的能源转化利用方式，以满足经济和社会发展的需求。基于热电材料的塞贝克(Seebeck) 效应和帕尔帖(Peltier) 效应，热电转化器件可将热能与电能相互转换，具有无污染、寿命长、易维护、体积小、质量轻、工作中无噪声等优点，多用于空间、核电、废热利用、制冷等领域。
碲化铋（Bi2Te3）是一种广泛应用于空间发电、废热利用、制冷等领域将热能与电能直接转换的热电功能材料。增强Bi2Te3的热电性能是扩大其应用的重要途径。研究发现，在热电材料中掺杂适当元素可以有效的提高材料的热电性能。例如，陈立东等人[2]采用区熔法制备了额外Te 掺杂的Bi2Te3 基热电材料（Bi0.15Sb0.85）Te3+x%（x=0～6），并研究了额外掺杂Te 元素对（Bi0.15Sb0.85）Te3性能的影响。段兴凯等人研究了Ga、Na 双元素共掺杂对Bi2Te3热电性能的影响[3]。近期，南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队也在n型Bi2Te3材料中复合过量的Te单质，通过烧结使Te单质熔化流出，在基体中引入位错。此外，还复合掺杂了Sb元素，使材料中同时存在多种缺陷，从而达到了降低热导率的目的，显著提高ZT优值。使用此材料制备的热电转换器件，实现了3.7W的大输出功率及6.6%的转换效率，相关成果以“Realizing Record High Performance in n-type Bi2Te3-Based Thermoelectric Materials”为题在Energy & Environmental Science在线发表[4]。
值得一提的是，以上两篇文章的研究工作中，分别使用了日本Advance Riko公司生产的塞贝克系数电阻测量系统（ZEM-3/ZEM-5）以及热电转换效率测量系统（PEM-2）对材料以及器件的性能进行了表征。
*2014年12月，ULVAC-RIKO, Inc.正式更名为ADVANCE RIKO, Inc.
2018年7月，Quantum Design 中国子公司与日本Advance Riko达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商，携手将日本Advance Riko先进的热电相关设备介绍到中国，助力我国热电材料领域不断取得新的突破。
参考文献：
[1]. Q. Xu, S.Y. Qu, C. Ming, et al.,Conformal organic–inorganic semiconductor composites for flexible thermoelectrics, Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/c9ee03776d.
[2]. 蒋俊, 李亚丽, 许高杰, 等. 额外掺杂量对P 型碲化铋基合金热电性能的影响[J]. 稀有金属材料与工程,2007，36( 增刊2）：404-407.
[3]. 段兴凯, 胡孔刚, 丁时锋, 等. 温差电材料 Bi0.5Sb1.5Te3双掺杂调控及热电性能研究[J]. 电源技术,2015,9(39) ：1926-1928.
[4]. B. Zhu, X.X. Liu, Q, Wang, Realizing record high performance in n-type Bi2Te3-based thermoelectric materials, DOI: 10.1039/d0ee01349h.
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