格罗宁根大学 我们工作中使用的富勒烯衍生物的化学结构改善了分子的有序性，如分子排列的快照所示(右图)
通过使用合适的掺杂剂，这种材料可以将热量转化为电能
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格罗宁根大学科斯特 热电材料可以将温差转化为电能
有机热电材料可用于为可穿戴电子设备或传感器供电；然而，功率输出仍然很低
由格罗宁根大学半导体物理学教授扬·安东·科斯特领导的一个国际团队现在已经生产出了一种具有优异性能的n型有机半导体，这使这些应用更近了一步
他们的研究结果发表在11月10日的《自然通讯》杂志上
热电发电机是太阳系外唯一的人造能源:1977年发射的旅行者号太空探测器和现在在星际空间的探测器都是由发电机供电的，发电机将热量(在这种情况下，由放射源提供)转化为电流
科斯特解释说:“这种发电机的伟大之处在于，它们是固态设备，没有任何移动部件。”
导电性 然而，旅行者号发电机中使用的无机热电材料不适合更普通的应用
这些无机材料含有有毒或非常稀有的元素
此外，它们通常坚硬易碎
“这就是为什么人们对有机热电材料越来越感兴趣，”科斯特说
然而，这些材料有它们自己的问题
最佳的热电材料是声子玻璃，它具有非常低的热导率(因此它可以保持温差)，并且还具有高电导率的电子晶体(以传输产生的电流)
科斯特说:“有机半导体的问题在于它们通常导电性低
" 尽管如此，格罗宁根大学在开发有机光伏材料方面超过十年的经验已经带领团队走上了一条更好的有机热电材料的道路
他们把注意力集中在一种带有负电荷的n型半导体上
对于热电发电机，n型和p型(带正电荷)半导体都是需要的，尽管有机p型半导体的效率已经相当高了
巴基球 该团队使用富勒烯(“巴基球”，由60个碳原子组成)，并在其中添加了双三甘醇型侧链
为了增加电导率，添加了n-掺杂剂
科斯特说:“富勒烯的热导率已经很低了，但是添加侧链会使热导率更低，所以这种材料是一种非常好的声子玻璃。”
此外，这些链还结合了掺杂剂，在退火过程中形成非常有序的结构
后者使这种材料成为一种电子晶体，其导电性类似于纯富勒烯
“我们现在已经制造了第一个有机声子玻璃电子晶体，”科斯特说
“但对我来说最激动人心的部分是它的热电特性
“这些都是用ZT值表示的
温度是指材料工作时的温度，而Z包含其他材料属性
这种新材料将同类材料中最高的ZT值从0增加到1
2至0以上
3，相当大的进步
传感器 “ZT值为1被认为是商业上可行的效率，但我们相信我们的材料已经可以用于要求低输出的应用中，”科斯特说
例如，要给传感器供电，需要几微瓦的能量，而这些能量可以由几平方厘米的新材料产生
“我们在米兰的合作者已经在用单侧链富勒烯制造热电发电机，这种富勒烯的ZT值比我们现在的要低
" 科斯特说，富勒烯、侧链和掺杂剂都很容易获得，这种新材料的生产可能不会有太多问题
他对这项研究的结果非常满意
“这篇论文有来自9个不同研究小组的20名作者
我们利用合成有机化学、有机半导体、分子动力学、热导率和x光结构研究的综合知识来获得这个结果
我们已经对如何进一步提高效率有了一些想法
"
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