El enlace químico de los átomos de Cu en la superficie de los nanotubos de carbono; (b) Cu 2Se / nanotubo de carbono inorgánico - valor híbrido de materiales orgánicos termoeléctricos y (c) proceso de preparación.
Cu
2Microstructura de materiales híbridos inorgánicos / orgánicos para Se / nanotubos de carbono.
Cu 2(A) conductividad térmica reticular, (b) concentración y movilidad del portador, (c) capa de agotamiento en la interfaz de dos fases.
La tecnología de conversión termoeléctrica utiliza el efecto Seebeck y el efecto Peltier del material semiconductor para realizar la conversión directa de energía térmica y energía eléctrica. Tiene las ventajas de un tamaño de sistema pequeño, alta confiabilidad, sin descarga de contaminantes, utilización efectiva de calor de baja densidad En los últimos años, la investigación de materiales termoeléctricos monofásicos, como skutterudite, medio Heusler, materiales similares a líquidos, ha progresado, pero está sujeta a su propia estructura cristalina y estructura de banda electrónica, y es ampliamente utilizada en muchos campos. Los materiales termoeléctricos de fase son casi casi iguales al rendimiento de su máximo teórico.
El material híbrido es un material compuesto compuesto de dos fases diferentes a escala molecular o nano, y el material híbrido es un material inorgánico y el otro es un material orgánico. Las propiedades físicas de las dos fases del material están entre micras y milímetros o incluso más grandes, y las propiedades físicas a menudo muestran una simple "regla compuesta" en dos fases. Dado que las dos fases del material híbrido se mezclan uniformemente entre moléculas o nanoescala, Lo cual es diferente de las nuevas propiedades físicas de la matriz de dos fases. Actualmente, también se han probado los materiales híbridos en el revestimiento, biomédica, construcción, energía y otros campos de investigación en profundidad en el campo de materiales termoeléctricos. Sin embargo, cómo lograr la dispersión uniforme de la segunda fase, La interfaz de dos fases de escala molecular / nano, y su nuevo efecto, se han convertido en la dificultad y el enfoque de los materiales termoeléctricos híbridos.
Recientemente, el Instituto de Cerámica de Shanghai, el investigador de la Academia China de Ciencias Shi Xun, Chen Lidong, y el Profesor de Ciencia y Tecnología de la Universidad del Sur, He Jiaqing, el Profesor Mei-Yin Chou del "Instituto de Investigación Central de Taiwán de China" (Cu2Se) se prepararon mediante la interacción química entre los nanotubos de carbono de paredes múltiples (CNT) y la tecnología de molienda de bolas de alta energía. La termoelectricidad del termopar se incrementó significativamente hasta 2.4 Los materiales termoeléctricos híbridos orgánicos e inorgánicos son completamente diferentes de los materiales termoeléctricos compuestos convencionales mezclados en milímetros a micras, mostrando una serie de diferentes de Cu 2Se y las nuevas propiedades físicas de los nanotubos de carbono, enriquecen y amplían el concepto de diseño de los materiales termoeléctricos.
La superficie de los nanotubos de carbono tiene una alta actividad química debido a la presencia de electrones libres. Los cálculos de los primeros principios muestran que cuando los átomos de Cu de metal están cerca de la superficie de los nanotubos de carbono, producen un fuerte efecto químico. Cuando los átomos de Cu se separan del nanómetro de carbono Cuando la superficie del anillo hexagonal es 1.83 angstroms, la unión del enlace químico es 0.24eV, lo que hace posible adsorber químicamente parte del átomo de Cu cuando los nanotubos de carbono, el polvo de Cu elemental y el polvo elemental se mezclan mediante molienda de bolas de alta energía En la superficie de los nanotubos de carbono, y luego reaccionan con los átomos de Se, en los nanotubos de carbono formación in situ de Cu 2Se nanocristales, en última instancia, la obtención de nanotubos de carbono en Cu 2Un solo Cu disperso homogéneamente en la matriz 2Se / nanotubo de carbono inorgánico - materiales híbridos orgánicos.
Por nanotubos de carbono y Cu 2Se distinguen dos tipos de fase de los nuevos materiales termoeléctricos híbridos en muchas propiedades físicas, más allá de los materiales compuestos tradicionales en una simple "ley compuesta" de dos fases. Por ejemplo, los nanotubos de carbono a lo largo de la conductividad térmica de la red axial (aproximadamente 2000W / mK) que Cu 2Se es de aproximadamente 4 órdenes de magnitud, pero Cu 2La conductividad térmica en celosía del material híbrido de nanotubos Se / carbon es muy inferior a la de la matriz de dos fases, solo 0.2-0.4W / mK. Otros estudios han encontrado que los nanotubos de carbono / Cu 2La dispersión de los fonones de baja frecuencia en la interfaz de dos fases en la escala molecular / nano formada por Se, y el efecto de los nanotubos de carbono en Cu 2El "suavizado" de la red de Se es la causa fundamental de una conductividad térmica de red tan baja. Además, debido a los nanotubos de carbono y Cu 2Se tiene una función de trabajo similar, de modo que el ancho de la capa de agotamiento de carga en la interfaz de las dos fases no es suficiente para causar una dispersión adicional de los portadores, por lo que Cu 2La movilidad del portador del material híbrido de nanotubos Se / carbon no disminuyó significativamente como en los compuestos convencionales, y en combinación con estas propiedades de transporte electrotérmicas anómalas, Cu 2Los materiales termoeléctricos híbridos de Se / carbon nanotubos muestran excelentes propiedades termoeléctricas. A 1000 K, el valor máximo de termoelectricidad zT es 2.4, que es mayor que Cu 2La matriz se aumentó en aproximadamente un 30%.
Además de los átomos de Cu, los cálculos muestran que otros átomos de metal (como Ag, Ti, Ni, Pd, Pt, etc.) también tienen efectos químicos similares con materiales a base de carbono tales como nanotubos de carbono y grafeno, etc. Por lo tanto, A otros sistemas de materiales termoeléctricos que contienen los elementos metálicos antes mencionados para desarrollar nuevos materiales termoeléctricos híbridos orgánicos inorgánicos de alto rendimiento.
El trabajo de investigación ha sido el programa nacional 973, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, los principales proyectos de investigación de la Academia de Ciencias de China, los destacados líderes académicos de Shanghai, la Promoción de la Innovación Juvenil de la Academia de Ciencias de China Y soporte
