钟昂大学 热电材料将让我们从工业过程中不断产生的大量废热中产生有用的电能
信用:自由市场上的股票 在我们正在进行的减少化石燃料使用的斗争中，将世界上的废热直接转化为电能的技术非常有前途
因此，执行这种能量转换过程的热电材料最近成为世界范围内密集研究的焦点
在适用于30至630℃的各种温度范围的潜在候选物中，碲化铅提供了最佳的热电性能
不幸的是，铅的毒性掩盖了碲化铅的卓越品质，促使研究人员寻找更安全的热电半导体
碲化锡可能是一种替代物
但是它的性能远不如铅酸蓄电池，目前正在积极研究提高其热电性能的各种方法
SnTe有两个主要问题降低了它的品质因数(ZT):它的高热导率和它的低塞贝克系数，这决定了产生的热电电压作为温度的函数有多大
尽管研究人员已经成功地分别改进了这些参数，但是在SnTe的情况下，要同时改进这两个参数是很困难的
在最近发表在《化学工程杂志》上的一项研究中，来自韩国中昂大学的两位科学家
金俊贤和贤珠想出了一个有效的策略来解决这个问题
他们的方法是基于纳米结构——生产一种在纳米尺度上具有所需结构特性的材料
在这种特殊的情况下，科学家们生产了多孔的SnTe纳米片
然而，用SnTe制造纳米片是非常复杂的标准程序，这促使科学家们设计了一个创新的合成策略
他们利用了另一种半导体:硒化锡
这种材料具有层状结构，相对容易剥离，以生产纳米硒片
研究人员将这些纳米片浸入酒石酸(C4H6O6)和纯碲的溶液中，在氮气氛围下防止氧化
C4H6O6的作用是从硒化锡纳米片中提取锡-硒对，从而使溶解的碲-硫能够自然地取代提取出的对中的硒阴离子
然后，锡-碲对以稍微“不完美”的方式重新结合到原始纳米片上，在材料中产生孔隙和晶界
这整个过程的结果是阴离子交换的多孔SnTe纳米片
科学家们研究了使这些锡纳米片成为可能的反应机制，并仔细寻找产生最佳纳米形态的合成条件
“我们发现，最佳阴离子交换多孔SnTe纳米片的纳米结构，由尺寸仅为3纳米、形状有缺陷的纳米粒子组成，与传统的块状SnTe相比，导致热导率显著降低，塞贝克系数更高，”金评论道
“这是引入纳米界面、孔隙和缺陷的直接结果，这些有助于‘消散’SnTe中的均匀振动，即声子，这损害了热电特性，”他补充道
性能最佳的纳米氧化锡片的ZT值为1
1在650℃的温度下；这几乎是块状SnTe的三倍
这项研究的总体结果在高性能热电材料领域非常有前途，这必将不仅在能源生产方面，而且在制冷、空调、运输，甚至生物医学设备方面找到应用
然而，同样重要的是通过探索一种新的合成策略而获得的洞察力，正如金解释的那样:“我们用来获得多孔SnTe纳米片的非常规方法可能与其他热电半导体相关，以及用于其他目的的多孔和纳米结构材料的制造和研究
" 最重要的是，热能收集是热电材料最受欢迎的应用，这项研究可以帮助工业过程变得更加有效
热电半导体将让我们利用每天产生的大量废热，并产生有用的电能，这一领域的进一步研究有望为一个更加生态友好的社会铺平道路
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