納米尺寸硒化錫擁有優異熱電性能—新聞—科學網

2021-01-21 科學網

 

硒化錫（SnSe）單晶是一種半導體，也是理想的熱電材料。它能將廢熱直接轉化成電能，或者被用於冷卻。當一群來自美國凱斯西儲大學的研究人員看到SnSe像石墨烯一樣的層狀晶體結構時，他們突然產生了神奇的頓悟時刻。

研究人員在美國物理聯合會（AIP）出版集團所屬《應用物理學雜誌》上報告稱，他們很快意識到這種材料以納米結構形式被製造出來的潛力。「我們實驗室一直致力於研究擁有同石墨烯類似的層狀結構的二維半導體。」凱斯西儲大學副教授Xuan Gao表示。

擁有納米級尺寸（比如厚度和晶粒大小）的納米材料具備良好的熱電性質。這促使研究人員生長納米厚度的SnSe納米片和薄膜，以便進一步研究其熱電性質。

上述團隊的工作聚焦熱電效應。他們研究了材料中的溫度差異如何導致電荷載體——電子或者空穴重新分配並在材料內部產生電壓，從而將熱能轉變成電力。

「對熱電材料施加電壓還能產生溫度梯度。這意味著你可以將熱電材料用於冷卻。」Gao介紹說，「通常，擁有熱電優值的材料具有高導電性、較高的塞貝克係數（材料內部每開爾文溫度差異產生的電壓）和較低的熱導率。」

熱電優值ZT表明材料將熱能轉化成電能的效率。上述團隊關注的是同ZT成比例並且表明材料轉化能量能力的功率因數，因此他們測量了其研製材料的功率因數。

為生長SnSe納米結構，研究人員利用了化學氣相沉積（CVD）流程。他們將石英管內的SnSe粉末源進行了熱蒸發。錫和硒原子在被放置於石英管低溫區的矽或者雲母生長圓片上相互作用。這導致SnSe納米片在圓片表面上形成。在材料合成期間向SnSe薄膜中添加像銀一樣的摻雜劑元素，可進一步優化其熱電性能。（徐徐）

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