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南理工教授研究成果取得热电材料性能重大突破

2016-11-15 17:13:22 我要播报

【龙虎网报道】(通讯员 葛玲玲 李玉胜)点根蜡烛燃烧两小时就能供电的充电宝,可自供照明用电的蒙古包,钢铁电厂工业余热发电,汽车废热转化为电能从而降低油耗约5%……这些都是热电行业的应用前景。对于热电行业的发展来说,热电材料的性能至关重要。

日前,南理工材料科学与工程学院唐国栋副教授课题组传来好消息——他们通过简单易操作、低成本的低温化学合成技术制备出的硒化锡-硒化铅相分离块体材料作为一种新型的热电材料,具有制备工艺更简单,机械性能更稳定,生产成本更低,便于规模化生产应用,热电优值(ZT值)高等优点。

热电材料是实现热能和电能直接相互转换的新型能源材料,可利用传统制造业(如汽车、钢铁、石化、电厂等)排放的大量工业余热发电,对节能减排、保护环境有重要意义。用热电材料制造的温差发电装置和制冷装置具有体积小、无需传动部件、不排放污染物质、无磨损、可靠性高等优点。但热电材料较低的热电效率是制约热电器件大规模应用的主要因素。

2014年,美国西北大学研究组在Nature上报道了硒化锡单晶沿b轴方向具有超低的热导率,从而取得极高的热电优值峰值,引起广泛反响。相比单晶,硒化锡多晶块体材料具有制备工艺简单,生产成本低,便于规模化生产应用,机械性能稳定等突出优点,应用前景广阔。然而由于低电导率和高热导率,硒化锡多晶材料的热电性能并不理想,研发高性能硒化锡多晶热电材料,成为领域难以攻克的难题。

据唐国栋副教授介绍,他们制备出的硒化锡-硒化铅相分离材料是采用低温合成技术,通过降低材料的合成温度,并结合快速非平衡烧结方法降低材料的固溶度,产生析出相而后得到的。该成果实现了热电材料性能的新突破,使热电材料的热电优值提升到1.7,打破了硒化锡块体多晶材料性能最高值记录。这一研究对推动热电材料的研发与应用,进而实现产业化具有重要意义。

该材料有望广泛应用于热电领域。用它制成的热电器件可以应用在有大量热能产生的钢铁电厂车间,将大量废弃的热能转化为电能,还可以用在用电不方便的野外和游牧民族的毡房,满足基本用电需求。

该研究成果发表在国际顶尖期刊《Journal of The American Chemical Society》(影响因子13.038)上。唐国栋副教授为第一作者和通讯作者。北京航空航天大学赵立东教授和中科院固体物理研究所张建副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的资助。

来源:龙虎网  编辑:杭程

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