我科學家在納米熱電材料上獲重大(dà)突(tū)破 (2004-09-01)
發布時間:2007-12-04
作(zuò)者:
來源:科技日報
瀏覽:1251
在“863”計劃納米專項的資(zī)助下(xià),浙江大學(xué)趙新兵教授的課題組經過(guò)一年多的探索,采用水熱方法,在100℃以上的密封高壓體係和100℃以下的敞開體係中,分別合成了Bi2Te3納米空心管和納米(mǐ)空心囊。不(bú)久前在澳大利(lì)亞閉幕的第23屆國(guó)際熱電會議上,趙新兵(bīng)教授首先報道(dào)了(le)這一新(xīn)型(xíng)Bi2Te3納米(mǐ)結構。
熱電材料(liào)是一種利用固體內部載(zǎi)流(liú)子運動實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料,其性能用“熱電優值”Z=a2s/k表征,其中a是溫差電勢(shì)係數,s是(shì)電導率(lǜ),k是(shì)熱導率。在(zài)保持足夠高的a和s值的前提下,最大幅度地降低聲(shēng)子對k的貢獻是提(tí)高熱電材(cái)料性能的關鍵。近年來(lái)國內外在這方麵的研究主要集中在一些具有點陣結構空位的新型化合物如Skutterudite和athrate類化合物),以及納米低維材料(如一維納米線陣列、超晶格薄膜等)。
在這些(xiē)低維納米材料中,由(yóu)於納米(mǐ)管具有(yǒu)許多特(tè)殊的輸運特性,一直是凝聚態物理和(hé)材料(liào)科學的研究熱點(diǎn)領域(yù)。對(duì)熱電(diàn)材料而言,納米管結構(gòu)同時具有納米(mǐ)線的低維結構特征和(hé)空心量子效應,可望充分限製聲子傳導,降低熱電材料的熱導率,同時納米管所(suǒ)具有的特殊的載流子輸運(yùn)特性可能對a和s產生有益的影響,因此具有令人感興趣的研究(jiū)前景和預期。初步實驗研究發現,在傳統Bi2Te3基熱電材料中添加15%的含有(yǒu)Bi2Te3納米管的粉末,可以使材料(liào)的性能提高20%左右,充分顯示(shì)了Bi2Te3納米管在(zài)提高熱電材料性能方麵的特殊作用。論(lùn)文“水熱法合(hé)成新型熱(rè)電Bi2Te3化合物納米管和納米囊”在第23屆國際熱電會議(yì)上宣讀後,立即(jí)引起國內外(wài)眾多同行的關注(zhù),被認為是一種(zhǒng)研究開發新(xīn)型(xíng)高性能熱電材料的新途徑,一個有可能產生重大突破的新方(fāng)向。因此,該論文獲得了大會頒發
的唯一“最佳(jiā)科學論(lùn)文獎”。
BiTe3不僅是目前(qián)已知的室溫附近性能最好的熱(rè)電材料,同時也是原子量最大的(de)穩定二元化合物,並且具(jù)有一種特殊的準層狀晶體(tǐ)結構。這(zhè)些特性使得Bi2Te3納(nà)米管/納米囊在熱電材料以外(wài)的其他研究領域也具有潛在的理論研究和應用研究價值。