磁場取向優化納米複合材料熱電性能

有機-無機熱電納米複合材料(TENCs)在熱電領域受到了廣泛的關注,且極有希望實現高性能柔性熱電器件的組裝。但目前仍缺乏有效的方法來精確調節TENC的薄膜形貌。復旦大學樑子琪課題組最近報道了在溶液法制備的n-型TENCs中,利用磁場取向金屬納米線的方法來大幅提高熱電性能,並進一步構築了高效的柔性熱電器件。

磁場取向優化納米複合材料熱電性能

復旦大學的樑子琪課題組首次利用金屬納米線獨特的磁性,在有機-無機熱電納米複合材料(TENCs)中通過磁場取向以改善薄膜形貌,進而顯著提高其熱電性能。為驗證其可行性,他們通過溶液法制備了聚偏氟乙烯(PVDF)/ 金屬鈷納米線(Co NWs)TENCs,同時應用磁場以取向其中的Co NWs。

隨著Co NWs在複合材料中含量的提升,滲流網絡逐漸形成,電導率呈現指數性增長。當Co NWs含量為80 wt%(對應於44.5 vol%)時,磁場誘發的形貌重組導致電導率從無取向時的5648 S cm−1顯著增加到沿著取向方向的7141 S cm−1,而垂直取向方向的電導率則明顯小於未取向樣品;另外,磁場取向對於塞貝克係數幾乎沒有影響。結果是,取向的Co NWs(80wt%)/ PVDF TENC的最佳功率因子在320 K時達到523 μW m−1 K−2,為目前n-型熱電材料中最高之一,可以說這一方法比傳統的化學摻雜處理更為有效。進一步,與p-型PEDOT:PSS相配對,成功構建了包含10個p-n單元的平面柔性熱電器件,在50 K的溫差下其最大輸出電壓和輸出功率分別達到了26.4 mV和5.2 μW,為目前柔性熱電器件中最優性能之一。


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