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Nat. Commun.:高效大尺寸电纺硅基热电纳米材料

 
发布日期:2018-11-14
 

从人体和内燃机到火山和高温工业废气,废热源无处不在。将余热转化为电能等可利用形式的能源,对科学家和工程师来说都是一个重大挑战。热电发电机是一种具有简单、体积小、功率可扩展性强、对不同温度范围的适应性强和长时间稳定性等优点的装置。然而,目前所使用的原材料具有成本高、稀缺性以及制备设备效率低、可伸缩性差,因此,基于热电的废热回收目前还没有大量实施。硅是一种无毒、储量丰富的元素,以纳米线和纳米管的形式存在时,表现出优异的热电性能。

近日,研究人员通过静电纺丝和模板法构建一系列高性能纳米结构热电材料且该方法具有低成本和可扩展的优点。研究者使用电纺聚丙烯腈制备碳基纤维,并作为化学气相沉积(CVD)沉积薄硅层的牺牲模板,除去碳模板后硅的薄壳层形成纳米管。该材料由排列在三维多孔微观结构中的部分排列的多晶纳米管组成。这种结构通过增强纳米管壁上的声子散射和限制穿过微孔阵列上的热对流来确保织物低的热扩散率。这种多尺度散射方法不需要复杂的真空封装就可以达到降低导热系数的目的。此外,三维纳米管网相互连接的特性可防止导致多孔材料的导电性急剧下降界面的产生。该方法可构建大尺寸的织物,以易于处理的纸张形状,适用于任意形状的表面,研究结果表明构建的热电材料显著改善了品质因数。相关研究成果以“Large-area and adaptable electrospun silicon-based thermoelectric nanomaterials with high energy conversion efficiencies”为题发表于国际著名期刊Nature Communications上。

 
 
 

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