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鉍化鎂單晶為塑性熱電材料帶來新可能
2024年07月12日 10:50:19
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：6302
塑性熱電材料是一種能夠在室溫或特定條件下表現(xiàn)出優(yōu)異塑性變形能力和熱電性能的材料。在柔性電子、異形熱源與廢熱回收發(fā)電等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)塑性熱電材料的組成和特性，可以將其進一步劃分。例如根據(jù)材料采用的是無機半導(dǎo)體還是有機半導(dǎo)體，可以將塑性熱電材料分為無機塑性熱電材料和有機塑性熱電材料兩個類別。其中無機塑性熱電材料是目前市場的主流。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】塑性熱電材料是一種能夠在室溫或特定條件下表現(xiàn)出優(yōu)異塑性變形能力和熱電性能的材料。在柔性電子、異形熱源與廢熱回收發(fā)電等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)塑性熱電材料的組成和特性，可以將其進一步劃分。例如根據(jù)材料采用的是無機半導(dǎo)體還是有機半導(dǎo)體，可以將塑性熱電材料分為無機塑性熱電材料和有機塑性熱電材料兩個類別。其中無機塑性熱電材料是目前市場的主流。
然而，無機塑性熱電材料卻存在很大的缺陷，由于無機半導(dǎo)體存在本征脆性，所以相關(guān)材料在彎曲和拉伸狀態(tài)下易發(fā)生斷裂，變形能力較弱。這也直接影響了無機塑性熱電材料的塑性變形能力，限制其使用場景。與之相對的，有機半導(dǎo)體因為存在較好的變形能力，因此更易于塑性變形，但其熱電性能又不夠理想。簡單的說，塑性變形能力與熱電性能間的此消彼長，成為了塑性熱電材料進一步發(fā)展的一個制約因素。
好在近年來，塑性熱電材料領(lǐng)域取得了多項重要進展，這一問題也慢慢出現(xiàn)轉(zhuǎn)機。一方面，利于塑性變形的無機半導(dǎo)體材料被發(fā)現(xiàn)；另一方面分子設(shè)計、復(fù)合材料等手段也為有機塑性熱電材料熱電性能提升提供了發(fā)展思路。
而就在最近哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究團隊，在塑性熱電材料領(lǐng)域取得新突破更進一步推動了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)悉，該校團隊發(fā)現(xiàn)鉍化鎂單晶在室溫下兼具出色塑性變形能力與優(yōu)異熱電性能。
根據(jù)哈工大新聞網(wǎng)消息顯示，相關(guān)團隊為了解決無機塑性熱電材料的可塑性缺陷，制備了厘米級高品質(zhì)鉍化鎂單晶，該材料在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的塑性變形能力。研究發(fā)現(xiàn)，鉍化鎂單晶在面內(nèi)方向的壓縮應(yīng)變超過75%，拉伸應(yīng)變高達100%，這一數(shù)值相較傳統(tǒng)熱電材料高出了一個數(shù)量級，甚至超過了部分具有類似晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料(例如鈦、鎂、鋯、鈷和鉿)。
報告中還提到，鉍化鎂單晶可以在室溫下輕松實現(xiàn)彎折、扭曲等多種類型的塑性形變。并且在保證了出色的塑性變形能力外，室溫下還表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能。碲摻雜的鉍化鎂(Mg3Bi1.998Te0.002)單晶在面內(nèi)方向的熱電功率因子約為55 μW cm-1 K-2，室溫?zé)犭妰?yōu)值zT約為0.65。對比不同材料，其綜合性能優(yōu)于目前的塑性半導(dǎo)體材料。
關(guān)于這種特性出現(xiàn)的原因，研究團隊也嘗試進行探明。在掃描透射電子顯微表征技術(shù)幫助下，通過對微觀結(jié)構(gòu)進行分析，最終將塑性變形能力的原因，鎖定在了鉍化鎂單晶中的多個滑移系上。此外，研究中還發(fā)現(xiàn)，滑移中連續(xù)的動態(tài)成鍵過程能夠有效地阻止原子面的解理，這同樣是材料具備優(yōu)秀塑性變形能力的主要原因。
目前相關(guān)的研究論文已發(fā)表于權(quán)威期刊《自然》(《Nature》)上，相關(guān)內(nèi)容也可以在哈工大新聞網(wǎng)上進行查詢?yōu)g覽。而從長遠角度來看，這一成果不僅推動了塑性熱電材料領(lǐng)域的發(fā)展，也為相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的進步提供了重要的材料基礎(chǔ)。
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