柔性热电发电器的关键工艺及其展望

热电发电器是固态能量收集器,以可靠和可再生的方式将热能转换成电能。过去几年的研究表明,人体的热量可以很好地被柔性热电发电器转换为电能并加以利用。与用于可穿戴设备的其他传统发电器相比,柔性热电发电器可利用低品位的热能发电且环境友好。柔性热电发电器将有可能为任何无线传感器节点提供足够的能量(通常功率要求小于毫瓦级)。本文综述了热电发电器的概况,重点介绍了制造柔性热电发电器的关键工艺,讨论了热电发电器的基本原理、效率、应用以及存在的一些问题。     

可穿戴热电发电器的研究进展

人体的能量大部分以热量的形式释放，其与外界的温差平均约5～30℃,因此体热可以很好地作为热电发电器的热源。与传统发电器相比，可穿戴热电发电器将人体所散发的低品位热量转化为有效电能，有可能为一些功率要求小于毫瓦级的无线传感器节点提供足够的能量，同时还具备无污染、轻便、稳定等特性，因此越来越受到关注。目前柔性可穿戴热电发电器的研究主要聚焦基于块体型热电材料、基于薄膜状型热电材料和基于纺织织物型热电材料的三大类热电发电器。其中，块体型热电发电器的输出功率一般为每平方厘米几十微瓦，热电臂材料主要为室温热电性能较高的碲化铋基合金，研究重点在于提升这类器件的输出性能和柔性。薄膜型热电发电器的输出功率一般在每平方厘米纳瓦和微瓦之间，按结构可分为水平型和垂直型，常见的水平型器件包含串联型、堆积与卷起型和折叠型，通常会产生较大的输出电压；而垂直型器件单位面积的热电臂对数增多，会产生较大的功率密度。纺织织物型热电发电器输出功率较小，但是具有优良的拉伸、弯曲和面内剪切性能，可以适应3D变形，更适合在弯曲的人体皮肤表面收集热量。本文综述了以上三大类主流的柔性可穿戴热电发电器的研究状况，并从设计、结构和性能方面...     

热电材料的应用、研究及性能测试进展

随着能源的日益紧缺以及环境污染问题的日趋严重,热电材料作为一种热能和电能相互转换的功能性新材料,对环境没有污染;以热电材料为核心部件的热电器件的应用无需使用传动部件;工作时无噪音、无排弃物;而且热电装置的核心部件热电材料服役状态稳定,使用寿命长,是具有广泛应用前景的环境友好型功能材料。简要介绍功能热电材料的应用及其研究现状,详细阐述了热电性能的检测方法及其相关测试标准,最后介绍了热电性能检测设备的开发和应用。     

导电复合水凝胶的分类及其在柔性可穿戴设备中的应用

近年来，基于水凝胶的导电材料及其作为柔性可穿戴设备的应用引起了人们的广泛关注。柔性可穿戴设备不仅可以采集人体生理信号用于远程健康监测，还在人机界面、软机器人等方面展示出巨大的应用潜力。导电水凝胶所具有的良好导电性、高延伸性、可调柔韧性、生物兼容性和多重刺激响应性等优点使其成为制备柔性可穿戴设备的理想材料。到目前为止，各种导电材料被广泛用于制作导电复合水凝胶。本文根据导电材料对导电复合水凝胶进行分类，包括离子导电水凝胶(基于盐离子、离子液体、聚电解质等导电物质)、电子导电水凝胶(基于导电聚合物基、碳材料、MXene和金属等导电物质)两大类，并介绍了导电水凝胶在人体运动监测、健康监测、人机界面等柔性可穿戴设备中的应用进展。     

PEDOT∶PSS及其纳米复合材料热电性质的研究进展

近年来,随着能源危机的加剧,可以将热能与电能进行直接转换的热电材料得到了广泛的关注。在众多热电材料体系中,有机无机纳米复合热电材料具有独特优势。相比于无机材料,有机材料成本低、质量轻、机械柔韧性好、热导率较低。添加不同类型的添加材料构成纳米复合材料后,额外引入的声子-界面散射能进一步降低热导率,同时有机无机材料能带不匹配引起的载流子筛选效应进一步提升塞贝克(Seebeck)系数。因此,目前大量工作证明有机无机纳米复合热电材料有潜力获得高的热电优值(Figure of merit,ZT),在微型热电制冷器件、柔性可穿戴发电设备、温度传感器等领域均具有光明的应用前景。本文聚焦聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)热电材料及以其为基底构成的纳米复合材料热电性能的研究工作,综述了提升PEDOT∶PSS热电性能的物理方法、化学试剂改性法等。进一步重点讨论了加入不同类型的无机填料的PEDOT∶PSS基纳米复合材料热电性质的研究进展,并揭示了其热电性能提升的内在机制。     

基于离子阻挡法测量电子-离子混合导体中离子电导率的研究

近年来, 具有诸多新的物理性质和优良热电性能的类液态材料获得了研究人员的广泛关注。离子电导率对理解这类热电材料中的离子迁移行为非常关键。但是, 由于类液态热电材料中的离子电导率在总电导率中的贡献很小, 因此很难利用传统方法精确测量其离子电导率。本研究基于Yokota提出的离子阻挡法, 尝试利用自主搭建的设备测量类液态热电材料的离子电导率。本文详细介绍了该设备的基本构造、测试原理以及测试步骤, 分析了帕尔贴效应/塞贝克效应、离子析出、电压测试点的位置和氧化挥发等因素对测试准确性的影响, 并提出了相应的解决方案, 成功测量了几种具有代表性的类液态热电材料的离子电导率。     

聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐基柔性复合热电材料研究进展

热电材料可以实现热能与电能的直接转化,是一种安全环保的新型能源材料。近年来,随着可穿戴电子设备的发展,柔性热电材料成为研究人员关注的焦点。传统无机热电材料具有优异的热电性能,但由于自身固有的脆性,限制了在柔性领域的发展。聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT: PSS)具有高电导率、低热导率和良好的柔性,在柔性热电领域具有巨大的潜力。当选择合适的无机填料与PEDOT: PSS进行复合,可以得到优异的热电性能和良好的力学性能。本文综述了PEDOT: PSS基纳米复合薄膜的最新进展,并详细介绍了提高PEDOT: PSS基纳米复合薄膜热电性能的有效方法。最后,本文总结了实现高性能PEDOT: PSS基柔性热电材料的途径及面对的挑战。      

热电材料的应用及研究进展

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的珀尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论基础。在此发现之后，1911年，德国的Ahenkrich提出了热电发电和制冷理论模型：优良的热电材料应当具有高的塞贝克系数(α)、低的热导率(κ)、高的电导率(σ)。对     

梯度结构热电材料的研究动态

为了获得高的热电能量转换效率,可以把不同单体联接制成多段热电装置形成梯度结构(FGM),能有效扩大工作温度区间;同时又可以使每段材料工作在其最佳温度范围内,获得最佳的热电优值,有效提高热电转换效率.概述了梯度结构热电材料的设计与研究现状,并简要介绍了梯度结构中的界面稳定性和性能表征.     

退火条件对磁控溅射MgO-Ag3Sb-Sb2O4柔性薄膜热电性能的影响

MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料, 有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜, 并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜, 而是形成了由Ag₃Sb、MgO及Sb₂O₄多相组成的柔性薄膜, 其中Ag₃Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag₃Sb-Sb₂O₄ (Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能, 其中真空处理性能最佳。在真空条件下, 随着退火温度升高, 柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势, 当退火温度为573 K时热电性能最佳, 室温附近功率因子达到74.16 μW∙m^-1∙K^-2。并且, 薄膜表现出较好的柔性, 弯曲900次后, 电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。     

Cu基快离子导体热电材料研究进展北大核心CSCD

以Cu_2S和Cu_2Se为代表的Cu基快离子导体热电化合物因性能优越、无毒环保、成本低廉等优点,在热电领域获得了极大的关注。为使Cu基快离子导体热电材料的实际应用变为可行,限制Cu离子的迁移且保持材料的良好热电性能是必不可少的。本文总结了几种有代表性的铜基快离子导体热电化合物的基本特性、结构、性能和制备方法,介绍了这些材料体系最新的研究成果和进展。同时针对Cu离子扩散问题,概述了几种能有效地提高快离子导体热电材料稳定性的方法。     

苏州纳米所研发新型可穿戴离子型无源力学传感器取得新进展

正随着可穿戴设备的爆发式发展,与其密切联系的可穿戴传感技术也迅速发展。目前研究较多的柔性力学传感器主要为电阻型和电容型,它们不易检测出不同方向的力学变形,不利于复杂多维运动的监测。日前,中科院苏州纳米所陈韦研究团队发展了基于离子压电效应的可穿戴离子型无源力学传感器,并且实现了对于人体多尺度多维活动的实时监测。相关成果发布于《微尺度》。这种离子型传感器以贵金属材料或者石墨烯材料作为电极材料,以离子液体作为电解质。在受到力学形变作用     

一维Bi2Te3基纳米材料的制备、结构控制与热电性能

热电材料的低维化可以改善材料电输运与热传输的矛盾,特别是一维纳米热电材料明显的晶体各向异性和强烈的量子禁闭效应,可大幅度提高材料的热电优值和热电转换效率。Bi2Te3是制造低温热电材料的最常用材料,在温差发电和半导体制冷方面具有广阔的商业应用前景。以一维Bi2Te3基纳米热电材料的制备技术为评述线索,重点论述一维Bi2Te3基纳米热电材料形貌参数(包括直径、长径比)、晶面取向等微观结构的调控方法、生长机理以及显微结构对热电性能的影响规律。指出发展新的一维Bi2Te3基纳米热电材料结构控制方法,研究一维纳米热电材料的定向排布及组装技术,从更深层次揭示一维结构与热电性能的关系,以及开发一维Bi2Te3基纳米热电材料在各领域的实际应用是未来研究的发展方向。     

热电材料的第一性原理高通量研究

热电材料是一种新型能量转换材料, 在温差发电或通电制冷等领域具有广泛应用。热电优值ZT值是衡量热电材料能量转换效率的关键参数, ZT值要求热电材料具有优异的电输运性能及较低的热导率。传统第一性原理热电材料研究往往关注少量样本下的电热输运性质理解与优化, 很难得到系统性的规律, 也不利于新体系的设计优化。材料基因组计划力求通过大数据、高通量手段去加速材料设计与发现, 具有广阔的发展前景。在热电材料研究领域, 第一性原理高通量计算也将在新材料预测与性能优化等方面起到越来越重要的作用。另一方面, 高通量研究也带来了新的挑战, 譬如电热输运性质的高通量算法发展、大数据分析手段等等, 这些方面的问题决定了高通量方法在材料应用中的效率与准确性。本文综述了热电材料中现有的电热输运性质高通量计算方法, 介绍了这些方法具体的应用案例, 并对高通量与热电材料结合的未来发展趋势进行了展望。     

有机小分子热电材料的研究进展

热电材料是一种极具潜力的能源材料。由于其既可以用于军事、航天等高科技领域,也可用于工业废热发电、小型可穿戴设备的能源供应等民用方面,其应用前景的广泛性引起研究人员关注。由于有机热电材料具有无毒、可弯折、体积小、质量轻和制备方法简单等优点,使其逐渐成为炙手可热的研究领域。众多研究结果表明,可以通过化学设计合成理想的目标分子和掺杂等手段对有机热电材料的性能进行调控。有机小分子热电材料的研究相比于聚合物热电材料的研究还不够成熟,但是基于小分子更易纯化和结晶这一特性,有机小分子热电材料的研究是不可或缺的。概述了现有有机小分子热电材料的最新发展和研究现状,以及未来的发展方向。     

热电材料研究的最新进展

热电材料是一种能将电能与热能相互转换的功能材料,近年来备受关注.从块体热电材料、低维热电材料、热电器件及其应用等方面综述了热电材料研究的最新进展,并展望了今后的发展方向.     

Research Progress in Thermoelectric Materials

热电材料是一种能将电能与热能相互转换的功能材料,近年来备受关注.从块体热电材料、低维热电材料、热电器件及其应用等方面综述了热电材料研究的最新进展,并展望了今后的发展方向.     

热电材料研究的最新进展

热电材料是一种能将电能与热能相互转换的功能材料,近年来备受关注.从块体热电材料、低维热电材料、热电器件及其应用等方面综述了热电材料研究的最新进展,并展望了今后的发展方向.     

热电材料高通量实验制备与表征方法

高通量材料实验旨在利用较少的实验次数快速获得成分-物相-结构-性能之间关系, 筛选出组分最优的材料体系, 目前已在超导材料、荧光材料以及巨磁阻材料等方面有较多应用。热电材料是可以实现热能和电能直接相互转换的功能材料, 在温差发电和废热利用等领域有着重要的应用价值, 但热电材料的传统实验制备与表征方法存在着实验周期长和效率低等问题。因此, 将高通量实验的方法和理念引入新型热电材料的研发和优化具有重要的理论和实际意义。本文主要总结和梳理了现有在热电材料实验研究中具有较好应用前景的高通量实验制备与表征技术, 包括高通量样品制备、成分-结构高通量表征、电-热输运性能高通量表征等, 并分析了各高通量实验技术在实验热电材料研究中的优势和局限性, 希望为今后热电材料高通量实验优化和筛选提供一定的参考。     

热电薄膜与薄膜温差电池研究进展

热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的绿色环保型功能材料。近年来研究发现,薄膜热电材料及其器件有高的热电转换效率和实用性,具有重要的研究价值和市场实用价值。本文首先介绍国内外低温B-i Sb-Te系热电薄膜材料的研究现状,在阐述提高B-i Sb-Te系薄膜热电材料性能的方法、途径以及其应用的基础上,介绍了热电薄膜制备技术方面的关键科学问题所在。其次介绍了国内外薄膜温差电池的研究进展和发展趋势。在总结薄膜热电材料及其器件发展历史和分析热电理论的基础上,阐述了薄膜温差电池方面的研究进展和关键技术所在。