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纳米级硒化锡热电性能优异
2018-04-24 19:21   审核人:

    硒化锡(SnSe)单晶是一种半导体,也是理想的热电材料。它能将废热直接转化成电能,或者用于冷却。当来自美国凯斯西储大学的研究人员看到SnSe像石墨烯一样的层状晶体结构时,他们突然产生了神奇的顿悟。

  研究人员在美国物理联合会(AIP)出版集团所属《应用物理学杂志》上报告称,他们很快意识到这种材料以纳米结构形式被制造出来的潜力。“我们实验室一直致力于研究拥有同石墨烯类似的层状结构的二维半导体。”凯斯西储大学副教授Xuan Gao表示。

  拥有纳米级尺寸(比如厚度和晶粒大小)的纳米材料具备良好的热电性质。这促使研究人员生长纳米厚度的SnSe纳米片和薄膜,以便进一步研究其热电性质。

  上述团队的工作聚焦热电效应。他们研究了材料中的温度差异如何导致电荷载体——电子或者空穴重新分配并在材料内部产生电压,从而将热能转变成电力。

  “对热电材料施加电压还能产生温度梯度。这意味着你可以将热电材料用于冷却。”Gao介绍说,“通常,拥有热电优值的材料具有高导电性、较高的塞贝克系数(材料内部每开尔文温度差异产生的电压)和较低的热导率。”

  热电优值ZT表明材料将热能转化成电能的效率。上述团队关注的是同ZT成比例并且表明材料转化能量能力的功率因数,因此他们测量了其研制材料的功率因数。

  为生长SnSe纳米结构,研究人员利用了化学气相沉积(CVD)流程。他们将石英管内的SnSe粉末源进行了热蒸发。锡和硒原子在被放置于石英管低温区的硅或者云母生长圆片上相互作用。这导致SnSe纳米片在圆片表面上形成。在材料合成期间向SnSe薄膜中添加像银一样的掺杂剂元素,可进一步优化其热电性能。

来源:中国科学报

 

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