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厉害了!碳纳米管复合材料薄膜
来源: 材料科技在线 时间: 2017-11-06 浏览: 3371

美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家们报告说,基于碳纳米管薄膜的有机半导体的热电性能取得了显着的进展,可以将这些薄膜集成到织物中,充当小型电源或者可以将废热转化为电能。

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这项研究证明了半导体单壁碳纳米管(SWCNTs)具有极高的潜力成为高效热电发电机的主要材料,而不是仅仅成为一种包含碳纳米管和聚合物的“复合”热电材料的组成部分。新能源与环境科学论文中概述了这一发现,从掺杂的半导体单壁碳纳米管薄膜中发现了高的n和p型热电功率因子。

NREL的化学和材料科学与技术中心的资深科学家,同时也是安德鲁·弗格森的论文的作者Jeffrey Blackburn说:“这样做有一些固有的优势。” 这些优势包括通过溶液加工的半导体,其产品质轻、灵活而且制造成本低廉。NREL的其他作者还有Bradley MacLeod,Rachelle Ihly,Zbyslaw Owczarczyk和Katherine Hurst。NREL的作者还与丹佛大学的合作者和位于北卡罗来纳州夏洛特的国际Thermodyne公司的有合作关系。

Ferguson是化学和材料科学技术中心的资深科学家,他说,将SWCNT应用于面料可以为“可穿戴”个人电子产品提供一个重要的功能。半导体可以通过捕获体热并将其转换成电能,从而为嵌入在衣服中的便携式电子设备或传感器供电。 

Blackburn和Ferguson去年发表了两篇关于SWCNTs的论文,而新的研究则建立在他们早期的研究基础上。在Nature杂志能源期刊上发表的第一篇论文讲述了SWCNTs对热电应用的潜在影响,但是在这项研究中所制备的薄膜保留了大量的绝缘聚合物。发表在ACS能源期刊的第二篇论文表明,从典型的SWNCT薄膜中去除这种“分选”聚合物可以改善热电性能。

最新发表的文章表示,从所有SWCNT初始材料中去除聚合物有助于提高热电性能,这一做法也利于电荷载流子穿过半导体。研究表明,在掺杂了正电荷或负电荷载体的情况下,相同的SWCNT薄膜具有相同的性能。这两种类型的材料——分别称为p型和n型腿,其产生都需要在热电装置中产生足够的功率。半导体聚合物是另一种被大量研究的有机热电材料,通常其产生的n型材料比p型材料的性能要差得多。事实上,SWCNT薄膜可以使p型和n型腿从同一材料中脱离出来,且具有相同的性能,这意味着每条腿的电流本身就是平衡的,从而可以简化设备的制造。最好的材料的性能指标超过了通过目前最先进的溶液加工所得半导体聚合物有机热电材料。

Ferguson说:“在传统的热电材料中,你必须要有一件是p型的,一件是n型的,然后才能把它们组装成一个器件。而现在我们用单一的材料就能够制造这种器件。”

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