原子級薄度的納米線:更高效地將熱量轉化為電力!

2020-12-06 環球創新智慧

導讀

近日，英國華威大學的一項最新研究表明，採用一種如同原子一般薄的一維納米材料，可以將廢熱更高效地轉化為電力，從而為生成可持續的能源開闢了一條新途徑。

背景

熱電材料，可以採集廢熱並將其轉化為電力，是一種非常受歡迎的、環境友好的可再生能源。對於其原理和用途，筆者在以往中已經多次介紹過，這裡就不贅述了。

圖片來源：Ashutosh Tiwari / 猶他大學

然而，對於熱電材料大規模應用來說，熱電轉化效率是非常關鍵的因素之一。因此，科學家們都在迫切尋找提高熱電轉化效率的途徑。例如，前不久筆者剛介紹過，美國麻省理工學院（MIT）的物理學家們研究發現，在強磁場作用下，拓撲半金屬材料的熱電轉化效率將得以顯著提升。

（圖片來源：Chelsea Turner/MIT）

創新

然而，近日在提升熱電轉化效率方面，科學家們又取得了新進展。英國華威大學的一項最新研究表示，採用一種如同原子一般薄的一維納米材料，可以將廢熱更高效地轉化為電力，從而為生成可持續的能源開闢了一條新途徑。

（圖片來源：華威大學）

這項研究由華威大學物理系的 Andrij Vasylenko、Samuel Marks、Jeremy Sloan、 David Quigley 領導的團隊與劍橋大學以及伯明罕大學合作開展。相關論文發表於《ACS Nano》雜誌。

技術

科學家們將材料儘可能地塑造成最薄的納米線，從而實現效率最高的熱電材料。

華威大學物理系博士、論文的第一作者 Andrij Vasylenko 評論說：「與三維材料相比，單獨的納米線傳導的熱量更少，同時傳導的電力卻更多。在一維材料中，這些特性會產生出前所未有的熱電轉化效率。」

包括伯明罕大學博士 Andrew J. Morris 的研究組在內的科研人員們，一直在研究將極窄的碳納米管中的碲化錫 （tin telluride）結晶作為模板，以最低維形式構成這些熱電材料。

在一項理論實驗相結合的研究中，他們不僅能夠建立起模板尺寸與生成的納米線結構之間的直接依賴關係，也演示了這項技術如何用於控制碲化錫形成直徑為一兩個原子的納米線的熱電效率。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

論文第一作者 Vasylenko 博士對於這項研究成果感到興奮不已：「這項研究開啟一個新機遇，它不僅可用於製造新一代熱電發電機，也可以在豐富且無毒的化學元素中探索用於熱電學的候選材料。」

隨著對於熱電器件小型化和提高效率的需求不斷增長，納米結構為實現這個目標提供了一條重要途徑。

關鍵字

熱電、納米、碳納米管

參考資料

【1】https://warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/atomically_thin_nanowires

【2】Andrij Vasylenko, Samuel Marks, Jamie M. Wynn, Paulo V. C. Medeiros, Quentin M. Ramasse, Andrew J. Morris, Jeremy Sloan, David Quigley. Electronic Structure Control of Sub-nanometer 1D SnTe via Nanostructuring within Single-Walled Carbon Nanotubes. ACS Nano, 2018; DOI: 10.1021/acsnano.8b02261

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