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    Nat. Commun.:高效大尺寸電紡硅基熱電納米材料

     
    發布日期:2018-11-14
     

    從人體和內燃機到火山和高溫工業廢氣,廢熱源無處不在。將余熱轉化為電能等可利用形式的能源,對科學家和工程師來說都是一個重大挑戰。熱電發電機是一種具有簡單、體積小、功率可擴展性強、對不同溫度范圍的適應性強和長時間穩定性等優點的裝置。然而,目前所使用的原材料具有成本高、稀缺性以及制備設備效率低、可伸縮性差,因此,基于熱電的廢熱回收目前還沒有大量實施。硅是一種無毒、儲量豐富的元素,以納米線和納米管的形式存在時,表現出優異的熱電性能。

    近日,研究人員通過靜電紡絲和模板法構建一系列高性能納米結構熱電材料,且該方法具有低成本和可擴展的優點。研究者使用電紡聚丙烯腈制備碳基纖維,并作為化學氣相沉積(CVD)沉積薄硅層的犧牲模板,除去碳模板后硅的薄殼層形成納米管。該材料由排列在三維多孔微觀結構中的部分排列的多晶納米管組成。這種結構通過增強納米管壁上的聲子散射和限制穿過微孔陣列上的熱對流來確??椢锏偷臒釘U散率。這種多尺度散射方法不需要復雜的真空封裝就可以達到降低導熱系數的目的。此外,三維納米管網相互連接的特性可防止導致多孔材料的導電性急劇下降界面的產生。該方法可構建大尺寸的織物,以易于處理的紙張形狀,適用于任意形狀的表面,研究結果表明構建的熱電材料顯著改善了品質因數。相關研究成果以“Large-area and adaptable electrospun silicon-based thermoelectric nanomaterials with high energy conversion efficiencies”為題發表于國際著名期刊Nature Communications上。

     
     
     

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