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单壁碳纳米管的大用途!热电性能显著提高!

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发表于 2019-7-14 10:59:08 | 显示全部楼层 |阅读模式



美国国家能源可再生能源实验室(NREL)的科学家报告说,通过碳纳米管薄膜制造的有机半导体,热电性能得到显着改善,因此可以将其集成在织物中,以将废热转换为电力或用作小电源。

该研究表明了半导体性单壁碳纳米管(SWCNT)作为高效热电发生器的主要材料具有重要潜力,而不是用作类似于碳纳米管和聚合物的“复合”热电材料中的组成,这一发现发表在了new Energy & Environmental Science 中,该论文主要阐述了掺杂了半导体性单壁碳纳米管薄膜的n型和p型半导体的热电功率因数。

杰弗里·布莱克本(Jeffrey Blackburn)作为NREL化学材料科学与技术中心的资深科学家,曾与安德鲁·弗格森(Andrew Ferguson)共同发表过论文,他表明:“这种做法还是具有一些固有优势的。这些优点包括有望找到半导体问题的解决方案,使其轻质,灵活且制造成本低廉。”该论文的其他作者是Bradley MacLeod,Rachelle Ihly,Zbyslaw Owczarczyk和Katherine Hurst,都在NERL进行研究。并且,这些作者还与丹佛大学和位于北卡罗来纳州夏洛特的International Thermodyne公司的伙伴共同合作。

弗格森也是化学材料科学与技术中心的资深科学家,他表示,将SWCNT引入到面料中为“可穿戴”的个人电子产品提供了重要的功能。通过从人体中捕获热能并将其转换成电能,半导体就可以为嵌入在衣服中的便携式电子设备或传感器供电。

布莱克本和弗格森去年发表了两篇关于SWCNT的论文,且他们的*新研究都是建立在早期的研究基础之上的。第一篇论文发表在了Nature Energy,其主要阐述了SWCNT在热电应用方面的潜力,但是在本研究中所制备的膜却保留了大量的绝缘聚合物。而他们的第二篇论文发表在了ACS Energy Letters上,该论文表明从典型的SWNCT薄膜中去除“某种”聚合物可以改善其热电性能。

*新论文表明,从所有的SWCNT起始材料中去除聚合物有助于提高热电性能,并改进电荷载流子穿过半导体的性能。本论文还证明,当掺杂正、负电荷载流子时,相同的SWCNT薄膜获得相同的性能。但是,却需要p型和n型半导体两种类型的材料,以确保在热电装置中产生足够的功率。另一个重要研究是半导体形成的有机热电材料聚合物通常会产生比p型材料更差的n型材料。SWCNT薄膜可以使p型和n型半导体从具有相同性能的同种材料中脱离,而这就意味着每条支流中的电流达到平衡,这样就可以简化装置的制造。

弗格森表明:“我们实际上可以用单一材料中制造该装置。而在传统的热电材料中,需要使用p型和n型半导体将它们组装成一个器件。”

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