El desarrollo de las energías renovables es un estableció la política nacional de nuestro país, sino también la clave para la estabilidad económica y el desarrollo sostenible de la garantía. Alrededor del 80 por ciento de las plantas de energía del mundo generar electricidad a partir de energía térmica, sin embargo, el promedio de eficiencia de estas plantas es sólo el 30%, aproximadamente ~ 15TW años la pérdida de calor al medio ambiente, como el reciclaje de esta energía puede ser efectivamente aliviar los problemas actuales de la energía y el medio ambiente en circulación. material termoeléctrico en el núcleo de la tecnología de conversión termoeléctrica puede no depender de ninguna fuerza externa 'caliente' y 'nivel' de dos diferentes forma directa de la conversión de energía, gran parte de la comunidad científica y la industria amplia atención en los últimos años, sobre todo con el portátil, implantable representaba una nueva generación de sistemas electrónicos inteligentes micro-nano necesidad urgente para el desarrollo de micro-vatios - autoalimentado milivatios en lugar de la tecnología tradicional de la batería recargable, que la tecnología necesita para cumplir con la miniaturización y alta densidad, alta estabilidad y fiabilidad en el desarrollo. material termoeléctrico y puede ser utilizado con el medio ambiente circundante de la energía termoeléctrica de la temperatura corporal, y por lo tanto convertirse dispositivo electrónico inteligente auto-portátil Tecnología de suministro de energía y soluciones efectivas.
Por un lado, en comparación con otros tipos de transductores forma, la eficiencia de conversión de la tecnología termoeléctrica no es alto, sólo aproximadamente el 10%, obstaculizado seriamente el desarrollo de la tecnología termoeléctrica materiales termoeléctricos desempeño de la industria termoeléctrica por la figura de mérito (ZT) para medir:
zT = S 2σT / (κe + κL)
Donde S es el coeficiente de Seebeck del material, [sigma] es la conductividad eléctrica, T es la temperatura de funcionamiento, κe κL y la conductividad térmica son electrones y fonones ya que las limitaciones físicas propiedades intrínsecas, determina el valor de cada parámetro zT interrelacionado limitaciones, De modo que el coeficiente de mérito de los materiales termoeléctricos es difícil de mejorar significativamente.
Por otra parte, para mantener la diferencia de temperatura, hacer pleno uso de la generación de energía térmica, los materiales termoeléctricos necesarios / dispositivo con una fuente de calor en estrecho contacto con la superficie. Sin embargo, en aplicaciones prácticas tanto el cuerpo o tubos de calor humanos, que tiene un complejo de curvatura de la superficie geométrica variable tradicional material termoeléctrico inorgánico, debido a su fragilidad intrínseca, no puede cumplir con los requisitos de la fuente de calor en estrecho contacto con el cambio de curvatura de la superficie, de modo que la fuente de calor y la pérdida material termoeléctrico / calor entre el dispositivo está en un rango más alto. Además de su propia figura termoeléctrica de mérito del material termoeléctrico, tal un mal contacto entre la fuente de calor y la pérdida de calor material termoeléctrico causada por uno de los factores clave de la tecnología termoeléctrica existente.
Por lo tanto, aumentando el coeficiente de Seebeck explorar los efectos de escala por aleación, la regulación barrera de energía interfacial o similar, diseñado multiescala dispersión defecto fonón se suprime estrategias para mejorar el rendimiento de la conversión termoeléctrica, tales como conductividad térmica, y el desarrollo de nuevo material termoeléctrico de alto rendimiento y una flexibilidad dispositivos de la técnica de preparación, la investigación para mejorar la fragilidad intrínseca del material inorgánico del mecanismo termoeléctrico de problema global se ha convertido en cuestiones difíciles y calientes en el campo.
Laboratorio Nacional de Shenyang material de investigadores (combinado) Institute of Metal Tai Kay TF dedicada película delgada piroeléctrico que tiene una microestructura altamente ordenada de los materiales y el diseño del dispositivo y la preparación de la escala atómica de la utilización de un troquel adyacente regulación física técnica de deposición de vapor Para los límites de grano de inclinación de ángulo pequeño, por primera vez para lograr una preparación de área grande en la orientación en el plano y fuera del plano se Bi de alta textura 2Te 3película termoeléctrica. Estudios han mostrado que los límites de grano de ángulo pequeño se pueden suprimir la inclinación de portadores dentro de su dispersión de sub-superficial mejorada conductividad eléctrica, mientras que el mantenimiento de la dispersión de la conductividad térmica de fonones se reduce, mejorando significativamente el rendimiento de la conversión termoeléctrica, la preparación de alta Bi 2Te 3Un método efectivo de material de película delgada termoeléctrica.
Figura 1. Deposición de magnetrón no en equilibrio para la preparación de límites de grano inclinado de ángulo pequeño 2Te 3material de película SEM (a), TEM (b) la piroeléctrico análisis de la microestructura de película delgada y el refrigerador de análisis de microscopía óptica (c), la etapa de análisis instrumento topografía (d) y una estructura esquemática de un refrigerador (e) - (f)
Basado en la tecnología anterior, combinado con el equipo de investigación diseñado y construido la plataforma de procesamiento láser de alta precisión de microhaz, desarrollado Bi 2Te 3película de aleación Microrefrigerator delgada, un espesor de la termoeléctrica ~ 25μm, tamaño de la superficie mínima de ~ 200 × 200μm, flujo micro enfriamiento es de ~ 40 W / cm 2El dispositivo de gestión térmica que tiene un campo de perspectivas de aplicación de ancho de microsistemas, como punto de chip de la CPU de enfriamiento, control de la temperatura del diodo láser miniatura, etc. El trabajo para lograr un avance en el campo microrefrigerator doméstico película termoeléctrica preparación proceso 2017 otorgado La Conferencia de Materiales de China 'Materiales Termoeléctricos y Dispositivos de la Pared de la Pared Outstanding Award', una aplicación para patentes de invención, autorizó dos.
El primer grupo utiliza una técnica de pulverización catódica con magnetrón desequilibrado, un papel de celulosa como sustrato, la preparación de un material termoeléctrico de telururo de bismuto compuesto de película de multi-escala estructuras de poros micrómetros a nanómetros, como se muestra en la figura.
Figura 2. Esquema de diseño de estructura de poro de múltiples escalas y celulosa /
Bi 2Te 3Caracterización SEM de materiales termoeléctricos flexibles compuestos
Los estudios han demostrado que, debido a las características de una técnica de pulverización catódica desequilibrada, en combinación con la interfaz de película de telururo de bismuto cerca de celulosa, depositada con un espesor nominal de hasta varias decenas de micras, puede reducir efectivamente la resistencia interna del dispositivo de película delgada, para aumentar la eficiencia de salida de la conversión termoeléctrica; Celulosa / Bi 2Te 3Estructura de red única, estructura de poros de escala múltiple y Bi 2Te 3El efecto de escala de película da celulosa / Bi 2Te 3exposiciones compuestas buena flexibilidad de flexión; estructura porosa de múltiples incrustaciones de la película termoeléctrica compuesto pueden reducir eficazmente la dispersión de valores de conductividad térmica de fonones, tan cerca de la conductividad térmica mínima de la teoría Bi2Te3; de Bi 2Te 3Presencia de intrínseco capa de superficie de la película de óxido, cuando la película de soporte cuando la transmisión entre la vecina celulosa Bi2Te3 superficie segmentada, la capa de óxido puede estar dispersa en la interfase se filtró portador de energía bajo, el coeficiente de Seebeck mejoró significativamente. Por lo tanto, la celulosa / Bi 2Te 3Se espera ZT Composite de las propiedades termoeléctricas de temperatura ambiente a 473K hasta a 0,24 a 0,38; y para mejorar aún más mediante la optimización de la concentración de portadores. plataforma láser Microbeam usando alta precisión, el compuesto flexible termoeléctrica material cortado y la integración de dispositivos, la demostración . este trabajo proporciona la base de 'generador' unos materiales compuestos flexibles termoeléctricas para explorar nuevas de alto rendimiento materiales termoeléctricos flexibles nuevas ideas y soluciones, ha abierto una nueva dirección para el desarrollo de dispositivos termoeléctricos flexibles y prácticos.
La investigación realizada por los jóvenes de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, con la cara Fondo y de la Academia de Ciencias de China 'Cien' y otro tipo de apoyo.
Figura 3. Celulosa /
Bi 2Te 3Propiedades termoeléctricas (a-d) y propiedades de flexión de materiales compuestos
La figura 4.XPS multiescala poro compuestos de teluro de nano bismuto y análisis de imágenes película de material compuesto esquemática de rayos X 3D y el efecto portador de baja energía filtro barrera de energía interfacial
está formada 5. material termoeléctrico figura compuesto flexible rendimiento eléctrico en ensayo de flexión situ utilizando una tensión térmica y la temperatura ambiental y la temperatura corporal
6. figura diseño esquemático y un flexible de recuperación termoeléctrica de cogeneración 'generador' estructura del dispositivo Demostración
