導(dǎo)讀：當(dāng)今，化石能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題凸顯，能源多元化和高效多用成為解決能源與環(huán)境問(wèn)題的個(gè)重要途徑。作為種綠色能源技術(shù)和環(huán)保型制冷技術(shù)熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是用材料的塞貝克效應(yīng)與帕爾貼效應(yīng)將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)，包括熱電發(fā)電和熱電制冷。這種技術(shù)具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物、適用溫度范圍廣等點(diǎn)。

    柔性熱電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)可將環(huán)境或人體溫差轉(zhuǎn)化成電能并實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的自供電，在可穿戴等域具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)熱電材料具有異的熱電性能，但不具備柔性功能；而有機(jī)熱電材料雖具有良好的柔性和彎曲性能，但熱電性能低。有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合熱電材料可綜合無(wú)機(jī)材料的熱電高性能和有機(jī)材料的良好彎曲性能，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。在有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合熱電材料的研究中，研究者經(jīng)常使用碳納米管等維材料，但其塞貝克系數(shù)較低，使得復(fù)合材料的塞貝克系數(shù)難以提高。因此，如何選擇合適的無(wú)機(jī)/有機(jī)材料進(jìn)行搭配從而獲得性能較好的復(fù)合材料成為關(guān)鍵的問(wèn)題。

    近期，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員史迅、陳立東等提出了種維度匹配的復(fù)合熱電材料設(shè)計(jì)新思路，即使用具有維結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯（PVDF）和Ta₄SiTe₄無(wú)機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合制備有機(jī)/無(wú)機(jī)柔性復(fù)合薄膜。其原型器件在35.5K溫差下歸化大功率密度為目前已報(bào)道的柔性熱電器件中的高值。相關(guān)研究成果以Conformal organic–inorganic semiconductor composites for flexible thermoelectrics 為題 ，發(fā)表于Energy & Environmental Science上^[1]。

    近年來(lái)，能源危機(jī)、環(huán)境污染及空間活動(dòng)的擴(kuò)大，促使研究人員致力于開(kāi)發(fā)高效、無(wú)污染的能源轉(zhuǎn)化用方式，以滿足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求?；跓犭姴牧系娜惪?Seebeck) 效應(yīng)和帕爾帖(Peltier) 效應(yīng)，熱電轉(zhuǎn)化器件可將熱能與電能相互轉(zhuǎn)換，具有無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)、體積小、質(zhì)量輕、工作中無(wú)噪聲等點(diǎn)，多用于空間、核電、廢熱用、制冷等域。

     碲化鉍（Bi₂Te₃）是種廣泛應(yīng)用于空間發(fā)電、廢熱用、制冷等域?qū)崮芘c電能直接轉(zhuǎn)換的熱電功能材料。增強(qiáng)Bi₂Te₃的熱電性能是擴(kuò)大其應(yīng)用的重要途徑。研究發(fā)現(xiàn)，在熱電材料中摻雜適當(dāng)元素可以有效的提高材料的熱電性能。例如，陳立東等人^[2]采用區(qū)熔法制備了額外Te 摻雜的Bi₂Te₃ 基熱電材料（Bi_0.15Sb_0.85）Te_3+x%（x=0～6），并研究了額外摻雜Te 元素對(duì)（Bi_0.15Sb_0.85）Te₃性能的影響。段興凱等人研究了Ga、Na 雙元素共摻雜對(duì)Bi₂Te₃熱電性能的影響^[3]。近期，南方科技大學(xué)物理系講席教授何佳清團(tuán)隊(duì)也在n型Bi₂Te₃材料中復(fù)合過(guò)量的Te單質(zhì)，通過(guò)燒結(jié)使Te單質(zhì)熔化流出，在基體中引入位錯(cuò)。此外，還復(fù)合摻雜了Sb元素，使材料中同時(shí)存在多種缺陷，從而達(dá)到了降低熱導(dǎo)率的目的，顯著提高ZT值。使用此材料制備的熱電轉(zhuǎn)換器件，實(shí)現(xiàn)了3.7W的大輸出功率及6.6%的轉(zhuǎn)換效率，相關(guān)成果以“Realizing Record High Performance in n-type Bi₂Te₃-Based Thermoelectric Materials”為題在Energy & Environmental Science在線發(fā)表^[4]。

    值得提的是，以上兩篇文章的研究工作中，分別使用了日本Advance Riko公司生產(chǎn)的塞貝克系數(shù)電阻測(cè)量系統(tǒng)（ZEM-3/ZEM-5）以及熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)（PEM-2）對(duì)材料以及器件的性能進(jìn)行了表征。

*2014年12月，ULVAC-RIKO, Inc.正式更名為ADVANCE RIKO, Inc.

    2018年7月，Quantum Design 中國(guó)子公司與日本Advance Riko達(dá)成協(xié)議，作為其熱電材料測(cè)試設(shè)備在中國(guó)的代理商，攜手將日本Advance Riko進(jìn)的熱電相關(guān)設(shè)備介紹到中國(guó)，助力我國(guó)熱電材料域不斷取得新的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]. Q. Xu, S.Y. Qu, C. Ming, et al.,Conformal organic–inorganic semiconductor composites for flexible thermoelectrics, Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/c9ee03776d.

[2]. 蔣俊, 李亞麗, 許高杰, 等. 額外摻雜量對(duì)P 型碲化鉍基合金熱電性能的影響[J]. 稀有金屬材料與工程,2007，36( 增刊2）：404-407.

[3]. 段興凱, 胡孔剛, 丁時(shí)鋒, 等. 溫差電材料 Bi0.5Sb1.5Te3雙摻雜調(diào)控及熱電性能研究[J]. 電源技術(shù),2015,9(39) ：1926-1928.

[4]. B. Zhu, X.X. Liu, Q, Wang, Realizing record high performance in n-type Bi₂Te₃-based thermoelectric materials, DOI: 10.1039/d0ee01349h.