【本期關注】中科院工程熱物理研究所在單晶熱電纖維研究方面取得新進展

2021-02-23 國際儲能技術與產業聯盟
單晶材料由於其優越的機械穩定性、低光學損耗和優良的導電性能，在高性能光學和半導體工業中應用廣泛。譬如具有優良熱電性能的SnSe單晶材料，能夠實現熱能與電能的相互轉化，在溫差發電和熱電製冷領域有著巨大的應用前景。然而傳統的單晶生長方法由於生長速度慢、製造條件嚴格、加工成本高等因素，限制了單晶SnSe材料的大規模產業化應用。 

　　為此，工程熱物理研究所儲能研發中心聯合新加坡南洋理工大學、美國康奈爾大學和北京航空航天大學等研究團隊報導了一種新型的基於纖維熱拉法和雷射重結晶效應的單晶SnSe熱電纖維製造技術，突破了高品質單晶柔性熱電纖維的製備困難，實現了纖維單晶材料的大規模生長，為研發複雜而高效的熱電單晶纖維及其織物提供了新思路。研究人員稱未來柔性可穿戴熱電纖維與織物可以方便地從體熱中收集能量，利用人體與外界環境的溫度差為小功率可穿戴電子設備供電；也可以用來熱電製冷控溫，維護人體溫度的舒適性。 

　　整個聯合團隊通過緊密合作，展示了一種通用可行的基於雷射熱效應的再結晶方法，可製造從微米到納米尺度直徑的超長SnSe單晶纖維。實驗證明了SnSe單晶體，除常見的Pnma和Cmcm相外，還存在穩定的單晶巖鹽Fm-3m相。在862 K時, Fm-3m相的單晶SnSe纖維的ZT值高達2，遠大於多晶SnSe纖維的ZT值，與Cmcm相的單晶SnSe相當。並且首次製備了具有高密度p型和n型SnSe微/納米線陣列的單根熱電纖維，實現了纖維內柔性熱電器件的PN結構。為大面積、輕質、透氣、高性能的柔性可穿戴熱電織物器件提供了新途徑，展示了單晶熱電纖維織物利用人體與環境的溫差持續發電的概念性演示。 

　　該研究受到了中國科學院人才計劃（No. E0290706）和國家自然科學基金「能源有序轉化」基礎科學中心項目（No.51888103）的支持，相關成果近日發表於國際頂級材料類學術期刊Advanced Materials （影響因子27.398），並被選為Frontispiece。（文章題目：Single-Crystal SnSe Thermoelectric Fibers via Laser-Induced Directional Crystallization: From 1D Fibers to Multidimensional Fabrics. Adv. Mater. 2020, 2002702.）。文章連結：https://doi.org/10.1002/adma.202002702 。

圖1 基於纖維熱拉法和雷射重結晶效應的柔性單晶SnSe熱電纖維製造技術

圖2 柔性單晶SnSe熱電纖維性能與纖維內PN熱電材料多核製備

（文章來源：中國科學院工程熱物理研究所  作者：張挺）

儲能技術國際論壇(IFEST2020)會議徵稿

儲能技術國際論壇將於2020年8月27日在中國北京亦創國際會展中心舉行，會議由國際儲能技術與產業聯盟、中國科學院工程熱物理研究所、中關村儲能產業技術聯盟主辦。

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國際儲能技術與產業聯盟是由中國科學院工程熱物理所牽頭，聯合英國伯明罕儲能中心、中國能源研究會儲能專委會等歐美國際知名儲能技術研發機構及行業組織共同發起。公眾號將重點關注鋰電池、液流電池、壓縮空氣儲能、抽水蓄能、飛輪儲能、儲氫、蓄熱等領域的科技進展和行業動態。

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