Le développement des énergies renouvelables est une politique nationale établie de notre pays, mais aussi la clé de la stabilité économique et le développement durable de la garantie. Environ 80 pour cent des cependant, l'efficacité moyenne de ces plantes est seulement 30%, les centrales électriques du monde produisent de l'électricité en utilisant l'énergie thermique, environ ~ 15TW année la perte de chaleur à l'environnement, comme le recyclage de cette énergie peut être atténuer efficacement les questions énergétiques actuellement en circulation et de l'environnement. matériau thermo-électrique dans le cœur de la technologie de conversion thermo-électrique ne peut compter sur aucun de chaud "forces extérieures et « niveau » de deux différents forme directe de conversion d'énergie, une grande partie de la communauté scientifique et de l'industrie une grande attention au cours des dernières années, en particulier avec la technologie portable, implantable représente une nouvelle génération de systèmes électroniques micro-nano intelligents besoin urgent pour le développement de micro-watts - milliwatt auto-alimenté au lieu de la technologie de la batterie rechargeable traditionnelle, que la technologie doit répondre à la miniaturisation et à haute densité, une grande stabilité et la fiabilité dans le développement. matériau thermo-électrique et peut être utilisé avec l'environnement de la température du corps thermoélectrique, et donc devenir dispositif électronique intelligent auto-portable Technologie d'alimentation électrique et solutions efficaces.
D'une part, par rapport aux autres types de forme de transducteurs, l'efficacité de conversion de la technologie thermo-électrique n'est pas élevé, 10% seulement, sérieusement entravé le développement de matériaux thermoélectriques technologie thermo-électrique de la performance de l'industrie par la figure thermo-électrique de mesurer le mérite (zT):
zT = S 2σT / (κe + κL)
Où S est le coefficient Seebeck du matériau, [sigma] est la conductivité électrique, T est la température de fonctionnement, κe κL et la conductivité thermique sont des électrons et des phonons Depuis les limitations physiques des propriétés intrinsèques, détermine la valeur de chaque paramètre zT interdépendantes contraintes, que le chiffre du mérite du matériau thermo-électrique est difficile d'améliorer grandement.
D'autre part, afin de maintenir la différence de température, d'utiliser pleinement la production d'énergie thermique, les matériaux thermoélectriques nécessaires / dispositif avec une source de chaleur en contact étroit avec la surface. Cependant, dans des applications pratiques à la fois les tuyaux du corps ou de la chaleur de l'homme, ayant une courbure de surface géométrique complexe variant traditionnel matériau thermoélectrique inorganique, en raison de sa fragilité intrinsèque, ne peut pas satisfaire aux exigences de la source de chaleur en contact étroit avec le changement de courbure de la surface, de sorte que la source de chaleur et le matériau thermoélectrique / perte de chaleur entre le dispositif est dans une plage plus élevée. en plus de son propre figure thermoélectrique de mérite du matériau thermoélectrique, tel un mauvais contact entre la source de chaleur et la perte de chaleur matériau thermo-électrique provoquée par l'un des facteurs clés de la technologie thermo-électrique existante.
Ainsi, en augmentant le coefficient Seebeck explorer les effets d'échelle par alliation, la régulation de la barrière d'énergie interfaciale ou similaire, la diffusion défaut multiscale phonon conçu est supprimée des stratégies pour améliorer les performances de conversion thermo-électrique comme la conductivité thermique et le développement de nouveaux matériaux de thermo-électrique haute performance et flexible préparation des dispositifs d'art, de la recherche pour améliorer la fragilité intrinsèque du matériau inorganique du mécanisme thermo-électrique du problème mondial est devenu des questions difficiles et chaudes sur le terrain.
Shenyang matériau National des chercheurs de laboratoire (combiné) Institute of Metal Tai Kay TF dédié film mince pyroélectrique présentant une microstructure hautement ordonnée des matériaux et la conception du dispositif et la préparation de l'échelle atomique de l'utilisation d'une régulation de la technique de dépôt physique en phase vapeur matrice adjacente un des joints de grains de petit angle d'inclinaison, la première fois, la zone intérieure et la surface extérieure de la grande direction du plan sont préparés texture hautement orienté Bi 2Te 3Film thermo-électrique. Des études ont montré que les limites de grain de petit angle peut être supprimée supports de basculement à l'intérieur de sa diffusion sous-surface renforcée conductivité électrique, tout en maintenant la dispersion de la conductivité thermique des phonons est réduit, ce qui améliore sensiblement les performances de conversion thermoélectrique, la préparation élevé Bi 2Te 3Un procédé efficace de matériau de film mince thermoélectrique.
Figure 1. Dépôt de magnétrons hors équilibre pour la préparation de joints de grains inclinés aux petits angles 2Te 3matériau de film SEM (a), MET (b) l'analyse de la microstructure de film mince pyroélectrique et l'analyse au microscope optique de refroidissement (c), l'étape d'analyse de l'instrument de topographie (d) et une structure schématique d'un réfrigérateur (e) - (f)
Basé sur la technologie ci-dessus, combiné avec l'équipe de recherche conçu et construit de haute précision plate-forme de traitement laser à micro-faisceau, développé Bi 2Te 3un film mince d'alliage de Microrefrigerator, une épaisseur de la thermoélectrique ~ 25 um, la taille minimale de la surface de ~ 200 x 200 um, micro flux de refroidissement est d'environ 40 W / cm 2Le dispositif de gestion thermique ayant un champ de larges perspectives d'application microsystèmes, comme point de refroidissement de la puce de l'unité centrale, le contrôle de la température de la diode laser miniature, etc. Les travaux à réaliser une percée dans la préparation pellicule thermo-électrique domestique traitement champ microrefrigerator 2017 délivré Conférence sur les matériaux de la Chine «matériaux thermoélectriques Wall Devices Award exceptionnel», une demande de brevets d'invention, a autorisé deux.
Le premier groupe utilise une technique de pulvérisation cathodique à magnétron non équilibré, un papier de cellulose comme substrat, la préparation d'un matériau composite à base de film thermo-tellurure de bismuth de structures poreuses multi-échelles micromètres à nanomètres, comme représenté sur la Fig.
Figure 2. Schéma de conception de la structure des pores à plusieurs échelles et cellulose /
Bi 2Te 3Caractérisation SEM des matériaux thermoélectriques flexibles composites
Des études ont montré que, en raison des caractéristiques d'une technique de pulvérisation cathodique à magnétron non équilibré, en combinaison avec l'interface du film de tellurure de bismuth cellulose proche, déposée avec une épaisseur nominale allant jusqu'à plusieurs dizaines de microns, peut réduire efficacement la résistance interne du dispositif à film mince, pour augmenter le rendement de sortie de la conversion thermoélectrique; Cellulose / Bi 2Te 3Structure de réseau unique, structure de pore multi-échelle et Bi 2Te 3Effet d'échelle de film donne de la cellulose / Bi 2Te 3pièces composites bonne flexibilité à la flexion, la structure poreuse à échelles multiples du film composite thermoélectrique peut réduire efficacement la dispersion des valeurs de conductivité thermique des phonons, si proche de la conductivité thermique minimum de la théorie Bi2Te3, de Bi 2Te 3La présence de la couche de surface du film d'oxyde intrinsèque, lorsque la feuille de support lorsque la transmission entre la couche d'oxyde surface segmentée voisine Bi2Te3 cellulose, peut être dispersé à l'interface a été filtré à faible vecteur d'énergie, le coefficient Seebeck amélioré de manière significative. Ainsi, la cellulose / Bi 2Te 3ZT composite des propriétés thermoélectriques de la température ambiante à 473K jusqu'à 0,24 à 0,38, et il est prévu d'améliorer encore en optimisant la concentration de porteurs. Plateforme laser de microfaisceaux utilisant une haute précision, la coupe de matériau thermoélectrique souple composite et de l'intégration de l'appareil, la démonstration . ce travail constitue la base d'un générateur de la «matériaux composites thermoélectriques flexibles pour explorer de nouveaux matériaux thermoélectriques flexibles haute performance nouvelles idées et des solutions, a ouvert une nouvelle direction pour le développement de dispositifs thermoélectriques flexibles et pratiques.
Les recherches menées par la jeunesse Fondation nationale des sciences naturelles, le visage Fonds et l'Académie chinoise des sciences « Cent » et autres formes de soutien.
Figure 3. Cellulose /
Bi 2Te 3Propriétés thermoélectriques (a-d) et propriétés de flexion flexionnelle de matériaux composites
La figure 4.XPS Multiscale pores composites nano de tellurure de bismuth et de l'analyse d'imagerie à rayons X 3D pellicule schématique en composite et le filtre barrière à l'énergie interfaciale faible effet de vecteur d'énergie
Figure 5. Matériaux thermoélectriques flexibles composites in situ courbes de propriétés électriques de l'essai et l'utilisation de la température du corps humain et la différence de température entre la formation de la tension thermique
Figure 6. Conception schématique de la structure du dispositif de générateur thermoélectrique flexible et démonstration de la démonstration de la récupération de la production d'énergie thermique résiduelle
