大阪大学利用透明纳米线增加热电转换发电量

新技术 2018年11月14日
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日本大阪大学的研发小组将经过表面处理的氧化锌(ZnO)纳米线嵌入到薄膜中,在保持材料透明性的同时成功将热电转换输出因子增大了3倍,并降低了热导率。

将废热转换成电能的热电材料,以前都采用昂贵且有毒的重元素材料,因此很难投入实际使用。

此次,大阪大学的研发小组着眼于价格低廉且无毒的氧化锌,全球首次开发出了将氧化锌纳米线导入氧化锌薄膜中的独特纳米构造。通过控制纳米线界面的能障,可增大热电转换输出因子,另外,还通过纳米线界面的声子散射,成功降低了热导率。

由此有望实现采用氧化锌的高性能透明热电材料。氧化锌是一种常见的化学材料,在可见光区域呈透明状,而且环境协调性高。生活中随处可见的窗玻璃及透明电子元件,如果这些材料能把获得的热能转换成电能,那么社会利用价值便可进一步提高。

通过增加氧化锌薄膜中嵌入的氧化锌纳米线的面密度,有望进一步降低热导率。由于仅使用了价格廉价、无毒、环保的氧化锌,只要能进一步提高性能,便可容易地投入实际应用。而且,“通过控制掺杂浓度操作界面能障”的概念不仅仅适用于氧化锌等特定材料,还有望应用于其他材料。所以该技术有望加快热电材料的开发速度。

相关研究论文于2018年10月10日在美国科学杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上公开。

嵌入氧化锌纳米线的薄膜截面扫描电镜图像

图1:嵌入氧化锌纳米线的薄膜截面扫描电镜图像。

将直径约为100nm的氧化锌纳米线嵌入到了薄膜中。

嵌入纳米线的透明薄膜的电子传导和声子传导概念图

图2:嵌入纳米线的透明薄膜的电子传导和声子传导概念图。

在透明材料中,使低能电子和声子在纳米线界面散射并选择性地通过高能电子,由此增大热电转换输出因子和降低热导率。

通过嵌入氧化锌纳米线增大热电转换输出因子

图3:通过嵌入氧化锌纳米线增大热电转换输出因子。

通过嵌入氧化锌纳米线,将热电转换输出因子增大3倍。

采用氧化锌纳米线的透明热电材料

图4:采用氧化锌纳米线的透明热电材料

确认薄膜中嵌入氧化锌纳米线的结构在可见光区域的透明性。

文 客观日本编辑部

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