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磁场取向优化纳米复合材料热电性能

有机-无机热电纳米复合材料(TENCs)在热电领域受到了广泛的关注,且极有希望实现高性能柔性热电器件的组装。但目前仍缺乏有效的方法来精确调节TENC的薄膜形貌。复旦大学梁子琪课题组最近报道了在溶液法制备的n-型TENCs中,利用磁场取向金属纳米线的方法来大幅提高热电性能,并进一步构筑了高效的柔性热电器件。

磁场取向优化纳米复合材料热电性能

复旦大学的梁子琪课题组首次利用金属纳米线独特的磁性,在有机-无机热电纳米复合材料(TENCs)中通过磁场取向以改善薄膜形貌,进而显著提高其热电性能。为验证其可行性,他们通过溶液法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/ 金属钴纳米线(Co NWs)TENCs,同时应用磁场以取向其中的Co NWs。

随着Co NWs在复合材料中含量的提升,渗流网络逐渐形成,电导率呈现指数性增长。当Co NWs含量为80 wt%(对应于44.5 vol%)时,磁场诱发的形貌重组导致电导率从无取向时的5648 S cm−1显著增加到沿着取向方向的7141 S cm−1,而垂直取向方向的电导率则明显小于未取向样品;另外,磁场取向对于塞贝克系数几乎没有影响。结果是,取向的Co NWs(80wt%)/ PVDF TENC的最佳功率因子在320 K时达到523 μW m−1 K−2,为目前n-型热电材料中最高之一,可以说这一方法比传统的化学掺杂处理更为有效。进一步,与p-型PEDOT:PSS相配对,成功构建了包含10个p-n单元的平面柔性热电器件,在50 K的温差下其最大输出电压和输出功率分别达到了26.4 mV和5.2 μW,为目前柔性热电器件中最优性能之一。

该工作已发表在Advanced Electronic MaterialsDOI: 10.1002/aelm.201800200)上。

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