工程熱物理所在微納材料熱電性能測量研究方面取得進(jìn)展

2022-07-21 12:02:01來源：中科院工程熱物理所閱讀量：159 評論

　　近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心在微納材料的熱電性能表征方法方面取得進(jìn)展，為微納材料熱電參數(shù)的精確測量和一體化原位表征提供了研究思路。

　　提高材料的熱電性能是學(xué)者們一直追求的目標(biāo)，將材料進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)化是提高熱電性能的重要且有效的方法之一。熱電參數(shù)(熱電優(yōu)值ZT、熱導(dǎo)率k、賽貝克系數(shù)S和電導(dǎo)率σ)是評價材料熱電性能的關(guān)鍵指標(biāo)，熱電參數(shù)的精確表征是高性能材料研發(fā)及應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　　然而目前商用儀器只能在熱導(dǎo)儀表征材料熱導(dǎo)率、賽貝克系數(shù)儀測量賽貝克系數(shù)及電導(dǎo)率后，通過公式ZT=S2σT/k計(jì)算獲得熱電優(yōu)值，誤差較大。更重要的是，商用儀器不適用于微納材料，而隨著微納結(jié)構(gòu)化處理，由于樣品尺度減小帶來的測量困難越來越突出。

　　實(shí)驗(yàn)室里通過懸浮器件、掃描探針、預(yù)置電路等方法分別制樣，分開表征微納材料熱導(dǎo)率、賽貝克系數(shù)及電導(dǎo)率計(jì)算獲得ZT，不僅誤差大，而且會因?yàn)槎啻沃茦拥奈⒓{結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致錯誤的ZT計(jì)算結(jié)果。因此迫切需要開發(fā)更準(zhǔn)確和精確的原位綜合測量方法。

　　對此，研究人員綜述了現(xiàn)有的微納材料熱參數(shù)和電參數(shù)測量方法的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)以及升級改造為原位綜合測量面臨的挑戰(zhàn)。同時總結(jié)了現(xiàn)有微納材料熱電性能綜合測量方法的難點(diǎn)及發(fā)展趨勢，并提出適用于一維納米管和二維薄膜材料熱電性能原位直接一體表征方法的策略。

　　研究人員提出：

　　對于傳統(tǒng)3ω-T型方法，需在原有的基礎(chǔ)上增加測量電極，使用四探針法測量電導(dǎo)率，結(jié)合3ω法測量熱導(dǎo)率，從而實(shí)現(xiàn)熱電參數(shù)的高精度綜合測量。

　　對于懸浮式微器件，通過優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)和懸浮處理，可以綜合測量納米線和薄膜的熱電參數(shù)。值得注意的是，在測量微/納米結(jié)構(gòu)時需要考慮樣品轉(zhuǎn)移的困難。

　　結(jié)合光學(xué)和微電極方法可以對熱電參數(shù)進(jìn)行綜合測量。用光學(xué)法測量薄膜的面內(nèi)熱導(dǎo)率和微電極測量薄膜的電導(dǎo)率，通過在薄膜表面形成溫差可以測量塞貝克電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)薄膜面內(nèi)熱電參數(shù)的測量。

　　熱探頭與電探針相結(jié)合也可以實(shí)現(xiàn)一體化測量。通過熱探針和電探針同時測量樣品的熱導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)，結(jié)合外部電路測量電導(dǎo)率。該方法可實(shí)現(xiàn)樣品法向熱電參數(shù)的測量。

　　相關(guān)成果以Progress in measurement of thermoelectric properties of micro/nano thermoelectric materials: A critical review為題在線發(fā)表在Nano Energy上。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院科學(xué)儀器研制項(xiàng)目和中科院輕型動力創(chuàng)新研究院項(xiàng)目的支持。

圖1 現(xiàn)有微納材料熱電性能測量方法

圖2 未來可行的微納材料熱電參數(shù)原位直接一體表征技術(shù)：(a)(b)改進(jìn)的懸浮器件法；(c)光學(xué)與四探針結(jié)合法；(d)改進(jìn)的掃描顯微鏡法

上一篇：貼上一層“薄膜”就可吸收所有可見光硅光伏電池效率進(jìn)一步提高

下一篇：科學(xué)島團(tuán)隊(duì)探明氯原子與異丁烯醛大氣氧化反應(yīng)的化學(xué)機(jī)制

版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：興旺寶裝備總站”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：興旺寶裝備總站”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非興旺寶裝備總站）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。

我來評論

昵稱驗(yàn)證碼匿名