美研究人员称纳米技术可大幅提升压电/热电材料性能


来源:技术网

标签纳米
在西北大学和波士顿学院的研究小组持续不懈地努力下,先进压电和热电材料的纳米级关键尺寸,在朝向商用化能源采集应用方向迈进的过程中,正历经不断的改良。

    由西北大学教授Horacio Espinosa领导的一个研究小组表示,通过将能源采集纳米线缩小到2.4纳米以下,压电系数便可望推升20~100倍。而波士顿学院的研究员Xiao Yan所领导的研究组则声称,热电材料可藉由对其进行5~10纳米颗粒级的热压,从汽车排放获得60%到90%的热能。

    包括在读博士生Ravi Agrawal在内的西北大学压电研究人员表示,通过将纳米氮化镓(GaN,一种III-V族半导体),以及氧化锌(ZnO,一种II-VI半导体)纳米线缩小到2.4nm以下,从运动产生的能量系数可分别提升20倍和100倍。他们还运用了密度泛函理论(density function theory, DFT)来计算降至0.6nm时的性能范围。

    “建构纳米发电机、传感器和其他采用更小型纳米线的装置,都将能大幅提高其输出和灵敏度。”Espinosa说。

    同样,波士顿学院与麻省理工学院(MIT)、克莱姆森大学(Clemson University),以及维吉尼亚大学(University of Virginia)合作的研究团队则声称,通过首次将热电材料球磨到10nm颗粒等级,热电系数的质量指标(figure-of-merit)可提升到60~90%左右,之后还能加热使其结合在一起。如此一来,p-type的helf-Heusler热电半导体可获得所有今天被浪费的能源,并将它转换为电能。

    “helf-Heuslers可能会被广泛用于汽车排放系统中,它能实现‘无废气浪费’的目标,而且能进行转换为电能。”Yan说,“我们的工作有助于half-Heuslers在汽车排放系统和其他发电系统中成为更具竞争力的候选技术。”

    Yan曾与波士顿学院教授Zhifeng Ren,以及麻省理工学院的Gang Chen教授合作,他表示,磨削和冲压方法在商业上是可行的。

    “这是一个可通过更经济方式提高热电材料性能的大好机会。”Ren说,“我们的方法不仅成本低,还可实现大规模量产。”

    波士顿大学研究团队的其他成员还包括Giri Joshi、Weishu Liu、Yucheng Lan和Hui Wang;麻省理工学院的Sangyeop Lee;维吉尼亚大学教授JoePoons和Terry Tritt。
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