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　　導讀：當今，化石能源短缺和環境汙染問題凸顯，能源多元化和高效多級利用成為解決能源與環境問題的一個重要途徑。作為一種綠色能源技術和環保型製冷技術熱電轉換技術受到學術界和工業界的廣泛關注。熱電轉換技術是利用材料的塞貝克效應與帕爾貼效應將熱能和電能進行直接轉換的技術，包括熱電發電和熱電製冷。這種技術具有系統體積小、可靠性高、不排放汙染物、適用溫度範圍廣等優點。

　　柔性熱電能量轉換技術可將環境或人體溫差轉化成電能並實現電子設備的自供電，在可穿戴等領域具有廣闊的應用前景。傳統無機熱電材料具有優異的熱電性能，但不具備柔性功能；而有機熱電材料雖具有良好的柔性和彎曲性能，但熱電性能極低。有機/無機複合熱電材料可綜合無機材料的熱電高性能和有機材料的良好彎曲性能，成為近年來的研究熱點。在有機/無機複合熱電材料的研究中，研究者經常使用碳納米管等一維材料，但其塞貝克係數較低，使得複合材料的塞貝克係數難以提高。因此，如何選擇合適的無機/有機材料進行搭配從而獲得性能較好的複合材料成為關鍵的問題。

　　近期，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員史迅、陳立東等提出了一種維度匹配的複合熱電材料設計新思路，即使用具有一維結構的聚偏氟乙烯（PVDF）和Ta₄SiTe₄無機材料進行複合製備有機/無機柔性複合薄膜。其原型器件在35.5K溫差下歸一化最大功率密度為目前已報導的柔性熱電器件中的最高值。相關研究成果以Conformal organic–inorganic semiconductor composites for flexible thermoelectrics 為題 ，發表於Energy & Environmental Science上^[1]。

　　近年來，能源危機、環境汙染及空間活動的擴大，促使研究人員致力於開發高效、無汙染的能源轉化利用方式，以滿足經濟和社會發展的需求。基於熱電材料的塞貝克(Seebeck) 效應和帕爾帖(Peltier) 效應，熱電轉化器件可將熱能與電能相互轉換，具有無汙染、壽命長、易維護、體積小、質量輕、工作中無噪聲等優點，多用於空間、核電、廢熱利用、製冷等領域。

　　碲化鉍（Bi₂Te₃）是一種廣泛應用於空間發電、廢熱利用、製冷等領域將熱能與電能直接轉換的熱電功能材料。增強Bi₂Te₃的熱電性能是擴大其應用的重要途徑。研究發現，在熱電材料中摻雜適當元素可以有效的提高材料的熱電性能。例如，陳立東等人^[2]採用區熔法製備了額外Te 摻雜的Bi₂Te₃ 基熱電材料（Bi_0.15Sb_0.85）Te_3+x%（x=0～6），並研究了額外摻雜Te 元素對（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Bi₂Te₃熱電性能的影響^[3]。近期，南方科技大學物理系講席教授何佳清團隊也在n型Bi₂Te₃材料中複合過量的Te單質，通過燒結使Te單質熔化流出，在基體中引入位錯。此外，還複合摻雜了Sb元素，使材料中同時存在多種缺陷，從而達到了降低熱導率的目的，顯著提高ZT優值。使用此材料製備的熱電轉換器件，實現了3.7W的最大輸出功率及6.6%的轉換效率，相關成果以「Realizing Record High Performance in n-type Bi₂Te₃-Based Thermoelectric Materials」為題在Energy & Environmental Science在線發表^[4]。

　　值得一提的是，以上兩篇文章的研究工作中，分別使用了日本Advance Riko公司生產的塞貝克係數電阻測量系統（ZEM-3/ZEM-5）以及熱電轉換效率測量系統（PEM-2）對材料以及器件的性能進行了表徵。

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

　　2018年7月，Quantum Design 中國子公司與日本Advance Riko達成協議，作為其熱電材料測試設備在中國的獨家代理商，攜手將日本Advance Riko先進的熱電相關設備介紹到中國，助力我國熱電材料領域不斷取得新的突破。

　　參考文獻：

　　[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, 許高傑, 等. 額外摻雜量對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, 丁時鋒, 等. 溫差電材料 Bi0.5Sb1.5Te3雙摻雜調控及熱電性能研究[J]. 電源技術,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.

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　　相關產品：

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