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0809293木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[交流]
上海硅酸鹽所首次發(fā)現(xiàn)臨界相變中的巨熱電效應(yīng)-成果發(fā)表在AM上 已有1人參與
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熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)利用熱電材料直接將熱能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣、有效利用低密度能量等特點(diǎn)，在工業(yè)余廢熱和汽車(chē)尾氣廢熱的回收利用、高精度溫控和特種電源技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。高效熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)首先需要高性能的熱電材料，其性能優(yōu)值取決于材料的Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率。研究人員首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)，并隨后在半導(dǎo)體中獲得了多種性能優(yōu)值接近1的化合物。近年來(lái)，一些熱電材料研究新思想概念的出現(xiàn)，如‘聲子玻璃-電子晶體’、‘聲子液體’、和低維結(jié)構(gòu)熱電材料等，使熱電材料的性能優(yōu)值不斷刷新。然而，盡管最近十年間熱電材料的研究取得了明顯進(jìn)展，但穩(wěn)定重復(fù)的最高熱電優(yōu)值一直低于2.0，探索材料的電熱輸運(yùn)新效應(yīng)并實(shí)現(xiàn)熱電性能的進(jìn)一步提升是目前熱電材料科學(xué)研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。 長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員集中關(guān)注常規(guī)的具有靜態(tài)結(jié)構(gòu)特征的化合物及其復(fù)合材料中性能調(diào)控規(guī)律，這是限制電熱輸運(yùn)協(xié)同調(diào)控的重要原因。最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所史迅研究員、張文清研究員、陳立東研究員、許鈁鈁研究員與美國(guó)密歇根大學(xué)Ctirad Uher教授、上海同步輻射光源XRD線(xiàn)站、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等合作，發(fā)現(xiàn)了材料動(dòng)態(tài)相變過(guò)程中的臨界特性可導(dǎo)致異常高的熱電性能-巨熱電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了利用臨界相變特性調(diào)控電熱輸運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)，硒化亞銅（Cu2Se）化合物在400 K左右存在結(jié)構(gòu)相變，少量I元素?fù)诫s可將相變溫度降低至360 K左右。Cu2Se低溫相呈現(xiàn)復(fù)雜的層狀特征，層內(nèi)包括Se原子層之間分布四層銅原子。發(fā)生相變時(shí)，Cu原子克服Se原子層的束縛能量勢(shì)壘向?qū)娱g擴(kuò)散，最后形成立方結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)和理論研究均證明該結(jié)構(gòu)相變?yōu)榈湫偷亩?jí)相變，存在動(dòng)態(tài)臨界特性，導(dǎo)致巨大的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、密度等劇烈漲落，從而對(duì)電子和聲子造成強(qiáng)烈的臨界散射。該臨界漲落以及散射機(jī)制的改變可顯著增加材料的塞貝克（Seebeck）系數(shù)，并使材料電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率下降，最終使熱電性能在結(jié)構(gòu)變化過(guò)程中有3-7倍的提高，熱電優(yōu)值在臨界點(diǎn)附近達(dá)到2.3。 臨界相變中巨熱電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)人們?cè)谘芯砍Ｒ?guī)的具有靜態(tài)結(jié)構(gòu)特征材料性能的同時(shí)，更加關(guān)注具有動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特征的臨界相變等引起的熱電性能的異常變化，為熱電性能的優(yōu)化提供了新途徑；同時(shí)，熱電效應(yīng)與臨界現(xiàn)象的結(jié)合有望引出輸運(yùn)性能臨界物理機(jī)制研究的新領(lǐng)域。本研究中發(fā)現(xiàn)的室溫附近巨熱電效應(yīng)還有望在芯片和集成電路的超級(jí)制冷、以及需微小溫差發(fā)電領(lǐng)域等發(fā)揮重要作用。 相關(guān)研究發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.201302660）雜志，并申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。研究結(jié)果獲得了審稿人的高度評(píng)價(jià)：“相變提高熱電性能尚屬首次報(bào)道，將會(huì)引起該領(lǐng)域研究人員的廣泛興趣。通過(guò)利用相變過(guò)程中的臨界散射特性提高熱電材料性能，為熱電材料的研究拓展了新視野。本工作在熱電材料研究領(lǐng)域非常具有創(chuàng)新性……-”。 研究工作得到了國(guó)家基礎(chǔ)研究973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體、優(yōu)秀青年科學(xué)基金和重點(diǎn)基金、中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃等資助和支持。 （來(lái)源于http://www.materialsviewschina.c ... rmoelectric-effect/） QQ截圖20131026165046.jpg QQ截圖20131026165106.jpg |
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2013-10-26 16:58:35, 2.47 M
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2樓2013-10-28 00:29:14
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