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新材料或?qū)楦咝阅芩芰匣鶡犭姴牧涎芯看蜷_(kāi)新思路
2024年07月26日 16:13:21
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：5502
高性能塑料基熱電材料是一種兼顧了熱電性能與塑料材料優(yōu)點(diǎn)的特殊材料。想要獲得這類材料，通常的方法是以塑料為基體，通過(guò)摻雜、復(fù)合等手段引入具有高熱電性能的填料或納米結(jié)構(gòu)，從而賦予塑料材料熱電轉(zhuǎn)換的能力。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】高性能塑料基熱電材料是一種兼顧了熱電性能與塑料材料優(yōu)點(diǎn)的特殊材料。想要獲得這類材料，通常的方法是以塑料為基體，通過(guò)摻雜、復(fù)合等手段引入具有高熱電性能的填料或納米結(jié)構(gòu)，從而賦予塑料材料熱電轉(zhuǎn)換的能力。
而具體到原理細(xì)節(jié)，就涉及到了塞貝克效應(yīng)(Seebeck Effect)和帕爾貼效應(yīng)(Peltier Effect)。塞貝克效應(yīng)描述了當(dāng)兩種不同材料的導(dǎo)體在兩端存在溫差時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體間產(chǎn)生電勢(shì)差；帕爾貼效應(yīng)則是前者的逆過(guò)程，即電流通過(guò)不同材料的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體接點(diǎn)處產(chǎn)生吸熱或放熱現(xiàn)象。利用這些效應(yīng)，高性能塑料基熱電材料可以實(shí)現(xiàn)熱能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換。
但是想要實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備高塞貝克系數(shù)、高電導(dǎo)率和低熱導(dǎo)率卻非常困難，也正因如此，目前大多數(shù)塑料基熱電材料的熱電優(yōu)值都較低，無(wú)法滿足商品化需求。而目前高性能塑料基熱電材料的研究突破口，也恰恰是進(jìn)一步提升塑料基熱電材料的ZT值。
為此，在納米尺度上構(gòu)筑有序結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積制備也成為了該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。而就在最近，我國(guó)科學(xué)家似乎為高性能塑料基熱電材料研究提供了新的關(guān)鍵性思路。據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)與其他科學(xué)家合作，成功研制出了新型高性能聚合物熱電材料——PMHJ薄膜。
關(guān)于這項(xiàng)成功，我們先要了解“聲子玻璃-電子晶體”模型。前文提過(guò)，同時(shí)滿足高塞貝克系數(shù)、高電導(dǎo)率和低熱導(dǎo)率是一件非常困難的事，而“聲子玻璃-電子晶體”模型恰恰就是滿足要求的理想模型。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是既可以像玻璃一樣阻擋熱量傳導(dǎo)，又可以像晶體一樣允許電荷自由移動(dòng)。PMHJ薄膜就是在向這種模型靠攏。
PMHJ薄膜采用聚合物多周期異質(zhì)結(jié)(PMHJ)結(jié)構(gòu)，由兩種不同的聚合物構(gòu)建而成，具有周期有序的納米結(jié)構(gòu)。其中，每種聚合物的厚度均小于10納米，相鄰界面約為2個(gè)分子層厚度，且界面層內(nèi)部呈現(xiàn)體相混合的特征。而這不但可以保證了有效的電荷傳輸，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了了高效散射聲子與類聲子傳播，打破了現(xiàn)有高性能聚合物熱電材料不依賴熱輸運(yùn)調(diào)控的認(rèn)知局限。
盡管PMHJ薄膜和理想的新型高性能聚合物熱電材料還具備一定的距離，但是它為塑料基熱電材料領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展提供了新路徑，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和潛力，在持續(xù)研究的推動(dòng)下，或許在未來(lái)某一天，能夠以高性能聚合物熱電材料的身份在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和推廣。
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