Récemment, l'Institut de Shanghai de la céramique, l'Académie chinoise des sciences Professeur agrégé Chou Pengfei, l'histoire des chercheurs Xun, Chen Lidong et professeur à l'Université Northwestern, G. Jeffrey Snyder, professeur à l'Université de Giessen, Allemagne Jürgen Janek autre coopération, analyse approfondie du type matériaux thermoélectriques dans un ion liquide peut sortir la migration et la précipitation sous mécanisme d'action de champ, en liaison avec le critère de limite théorique et expérimental proposé ions thermodynamiquement stables « de liquides à base » peut précipiter à partir de la matière, ainsi que les techniques et les méthodes de caractérisation expérimentale correspondant proposé sur cette base, l'introduction de « blocage d'ions - conduction électronique » interface peut améliorer considérablement la stabilité des matériaux thermoélectriques comme liquide de service sous une différence fort champ électrique ou une grande température de cette étude est importante pour les applications pratiques de matériaux thermoélectriques liquides comme des résultats de recherche publiés dans. "Nature - communication" (revue Nature communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-05248-8), l'équipe de recherche indépendant mis en place des équipements et une partie des résultats de mesure ont été publiés dans le magazine (Vol.32, 2017 "Journal des matières inorganiques", 1337- 1344), et la demande de brevet chinois.
Seebeck (le Seebeck) de la technologie de conversion d'énergie thermo-électrique en utilisant un matériau semi-conducteur et une Peltier (a Peltier) d'effet thermique obtenu avec l'énergie électrique directement dans l'autre, a d'importantes et larges perspectives d'applications dans le domaine de la cogénération de chaleur d'échappement automobiles et industrielles similaires. Cependant, limité dans la structure d'ordre à longue distance, il y a une conductivité thermique maille du matériau thermoélectrique classique du composé cristallin une limite minimale (conductivité thermique de réseau minimum), limite les propriétés thermoélectriques de l'espace d'optimisation continue de ce goulot d'étranglement, à partir de 2012, et Chen Lidong équipe thermo-électrique de l'histoire a conduit les ions rapides ont proposé d'introduire caractéristique « liquide à base » du matériau solide pour réduire la conductivité thermique et l'optimisation des performances thermo-électrique a franchi la conductivité thermique du verre treillis solide ou cristallin restrictions sur le matériel, puis trouvé avec une grande classe « liquide phonon - cristal électronique » ... les nouvelles fonctionnalités de haute performance (ZT~2.0@1000 K) système de liquide de matériau thermo-électrique à base (Nat Mater 2012, Adv Mater 2013 & 2014 & 2015 et 2017, Energ. Environ. Sci. 2014 et 2017, NPJ Asie Mater. 2015, etc.), est devenu un art récent direction de mise au point des matériaux thermoélectriques. Cependant, ces classes chaleur liquide Matériaux (par exemple Cu2-δSe, Ag9GaSe6, Zn4Sb3 etc.) ayant des caractéristiques « de type liquide » de migration à grande distance des cations de métaux facilement précipité à un autre champ électrique ou la température, conduisant à une mauvaise stabilité en service, ce qui limite leur application pratique. Ainsi, , en étudiant matériaux thermoélectriques comme liquide dans la migration des ions et des mécanismes physiques, augmentant ainsi la stabilité de leur service, une classe clé du nouveau liquide à haute performance appliquée au matériau thermo-électrique.
Équipe a constaté, le champ externe, un cation métallique (par exemple, Cu, Ag, Zn) sur la base matériau thermoélectrique liquide à partir de l'échantillon à une extrémité à l'autre extrémité orientée vers la migration à longue distance et à générer un gradient de concentration d'ions. Cependant, seul le métal à des concentrations élevées à potentiel chimique cationique égal ou supérieur au potentiel chimique de métal élémentaire correspondante du cation métallique sera précipité à partir de la matière dans un métal élémentaire, ce qui conduit à une décomposition matériau. Ainsi, chaque matériau thermoélectrique liquide de type, il existe une limite thermodynamiquement stable que lorsque le champ extérieur l'action est assez forte, de sorte que le matériau dépasse cette limite, les ions précipitent, et la décomposition de la matière se produit. sinon, le matériau thermoélectrique de type liquide sera similaire à un composé cristallin thermoélectrique classique, la stabilité et maintenir de bonnes propriétés thermoélectriques du champ externe. sur la base de dérivation de formule électrochimique, ce groupe a constaté que ces valeurs limites thermodynamiques particulières de la matière peuvent avoir la tension appliquée maximale (à savoir, la tension de seuil) peut résister à la décomposition se fait par. une tension de seuil est indépendante de la taille des paramètres caractéristiques matérielles, seuls Il est lié à la composition chimique du matériau et à la température ambiante.
Afin de prouver l'existence de matériel thermo-électrique à base limite liquide thermodynamiquement stable à partir d'expériences, l'équipe a mis en place de façon autonome instrument de caractérisation quantitative à base de la stabilité des matériaux thermoélectriques liquide en service dans un environnement à température constante et l'environnement pour une différence de température donnée, respectivement, en utilisant une résistance relative et relative Seebeck coefficient de variation en tant que paramètre d'évaluation, une série de Cu2-δ des mesures successives (S, Se) à la tension de seuil du matériau thermoélectrique à base de liquide, qui valeurs allant 0.02-0.12V. à température ambiante, la suppression ou la quantité accrue de δ Cu à la température ambiante augmente, Cu2-δ (S, se) la tension de seuil du matériau augmente progressivement sa valeur avec les prédictions théoriques, qui ont montré que la matière ayant un « liquide de type » caractéristiques de cations métalliques sont plus difficiles à précipiter. à une différence de température donnée sur , Cu2-δ (S, se) la tension de seuil de la matière est également liée à la direction interne d'écoulement de chaleur du matériau. lorsque la direction du flux de chaleur à la direction du courant est la même, un matériau ayant une plus faible tension de seuil, ce qui indique que le matériau de cation métallique est plus susceptible de précipiter. Inversement, quand une direction opposée à la direction du courant de flux de chaleur, un matériau ayant une tension de seuil amélioré, une augmentation significative de la stabilité du matériau.
Sur la base de la migration des ions et le mécanisme de précipitation compréhension, l'équipe a proposé d'introduire « blocage d'ions - une conduction électronique » en matériau thermo-électrique comme liquide dans l'interface peut être précipitation supprimée efficacement avec les caractéristiques « liquide comme » des cations métalliques et liquides à base d'augmentation stabilité du matériau thermoélectrique servant de cations de métaux non « de blocage des ions - électrons de conduction » à travers le champ de rôle interfaciale sera « bloqué ion - électrons de conduction ' » dans les segments de matériau thermoélectrique sur la base de l'interface liquide partagée par la barrière, il peut rester stable différence permettant ainsi un champ électrique plus forte ou à une température plus élevée agit sur le monolithe, tandis que « de blocage des ions - électrons de conduction » ne modifie pas l'interface consistant en transportant des électrons / trous, de façon à obtenir un haut multi-matériaux tandis que la stabilité du service, conservera de bonnes propriétés thermo-électriques intrinsèques de multiples segments Cu1.97S cette stratégie reliées par une couche de matériau conducteur de carbone a été vérifiée avec succès. ce travail ne fournit pas seulement pour l'application du matériau thermoélectrique en milieu liquide La possibilité offre également une nouvelle idée pour améliorer la stabilité de service des autres conducteurs mixtes électroniques / ioniques.
Les travaux de recherche ont reçu un financement et un soutien du Projet spécial national de recherche et développement, de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et de l’Association chinoise pour la promotion de l’innovation des jeunes de l’Académie des sciences.
Environnement de travail (a) un matériau thermo-électrique à base de liquide, la catégorie générale des liquides à un matériau thermoélectrique à effet élevé de courant (b) et (c) un «blocage des ions - des électrons de conduction de les faces d'extrémité du matériau thermoélectrique en fonction d'interface de métal liquide où précipités Cu
Procédés physiques et chimiques pour la migration des ions et la précipitation dans des matériaux thermoélectriques de type liquide
(A), le courant critique et la tension de seuil de l'échantillon de longueurs différentes, (b) ayant une tension de seuil différente stoechiométrie de l'échantillon Cu2-dS, (c) le courant critique à une différence de température donnée sur l'échantillon Cu1.97S; ( d) Tension critique de Cu1.97S dans différentes différences de température et sens du flux de chaleur
Le principe de l'amélioration de la stabilité du service à l'aide de l'interface "conduction ionique par électrons" (a, b); (c) environnement à température constante et (d) résultats expérimentaux dans un environnement de différence de température donné
