by FLEET 热电材料演示:给小风扇供电，发光二极管
信用:FLEET 卧龙岗大学的一项新研究克服了热电材料的主要挑战，热电材料可以将热量转化为电能，反之亦然，将转化效率提高了60%以上
当前和潜在的未来应用范围从低维护的固态制冷到紧凑的零碳发电，其中可能包括由人体自身热量驱动的小型个人设备
“电子(基于电子的)和热(基于声子的)传输的解耦将是这个行业的一个游戏规则改变者，”UOW的王晓林教授说
热电应用和挑战 碲化铋基材料(Bi2Te3、Sb2Te3及其合金)是商业上最成功的热电材料，目前和未来的应用分为两类:将电转化为热，反之亦然: 变电为热:可靠、低维护的固态制冷(热泵)，无运动部件、无噪音、无振动
利用环境温度或体温，将热能转化为电能，包括从各种热源进行无化石发电，或免费为微型设备供电
热量收集利用人体热量、汽车、日常生活和工业过程提供的免费、丰富的热源
在不需要电池或电源的情况下，热电材料可以用来为偏远地区的智能传感器供电
热电材料的一个持续挑战是电和热性能的平衡:在大多数情况下，材料电性能的改善(更高的电导率)意味着热性能的恶化(更高的热导率)，反之亦然
“关键是分离热传输和电传输，”第一作者，博士说
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学生杨光世
通过去耦提高效率 UOW超导与电子材料研究所(ISEM)为期三年的项目找到了一种方法来分离并同时改善热性能和电子性能
该团队使用纳米缺陷工程和结构设计，在基于碲化铋的热电材料中添加了少量无定形纳米硼颗粒
采用放电等离子烧结法制备了非晶纳米硼颗粒
“这降低了材料的热导率，同时增加了它的电子传输，”相应的作者王晓林教授解释说
“热电材料工程的秘密是操纵声子和电子输运，”王教授解释说
因为电子既传热又导电，仅基于电子传输的材料工程就倾向于在热和电特性之间进行长期的权衡
另一方面，声子只携带热量
因此，阻断声子传输会降低晶格振动引起的热导率，而不会影响电子特性
“提高热电效率的关键是通过声子阻挡最小化热流，通过(电子传输)最大化电子流，”杨光赛说
“这就是我们材料创纪录的高热电效率的起源
" 结果是创纪录的11
3%，比通过区域熔融法制备的市售材料好60%
作为商业上最成功的热电材料，碲化铋基材料也是典型的拓扑绝缘体
2020年9月，在《高级能源材料》杂志上发表了具有纳米缺陷结构的大块硼化铋/非晶硼复合材料的超高热电性能
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