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新材料或將為高性能塑料基熱電材料研究打開新思路
2024年07月26日 16:13:21
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：5511
高性能塑料基熱電材料是一種兼顧了熱電性能與塑料材料優點的特殊材料。想要獲得這類材料，通常的方法是以塑料為基體，通過摻雜、復合等手段引入具有高熱電性能的填料或納米結構，從而賦予塑料材料熱電轉換的能力。
【化工儀器網 行業百態】高性能塑料基熱電材料是一種兼顧了熱電性能與塑料材料優點的特殊材料。想要獲得這類材料，通常的方法是以塑料為基體，通過摻雜、復合等手段引入具有高熱電性能的填料或納米結構，從而賦予塑料材料熱電轉換的能力。
而具體到原理細節，就涉及到了塞貝克效應(Seebeck Effect)和帕爾貼效應(Peltier Effect)。塞貝克效應描述了當兩種不同材料的導體在兩端存在溫差時，會在導體間產生電勢差；帕爾貼效應則是前者的逆過程，即電流通過不同材料的導體時，會在導體接點處產生吸熱或放熱現象。利用這些效應，高性能塑料基熱電材料可以實現熱能與電能之間的相互轉換。
但是想要實現同時具備高塞貝克系數、高電導率和低熱導率卻非常困難，也正因如此，目前大多數塑料基熱電材料的熱電優值都較低，無法滿足商品化需求。而目前高性能塑料基熱電材料的研究突破口，也恰恰是進一步提升塑料基熱電材料的ZT值。
為此，在納米尺度上構筑有序結構，并且優化技術實現大面積制備也成為了該領域的挑戰。而就在最近，我國科學家似乎為高性能塑料基熱電材料研究提供了新的關鍵性思路。據悉，中國科學院化學研究所科研團隊與其他科學家合作，成功研制出了新型高性能聚合物熱電材料——PMHJ薄膜。
關于這項成功，我們先要了解“聲子玻璃-電子晶體”模型。前文提過，同時滿足高塞貝克系數、高電導率和低熱導率是一件非常困難的事，而“聲子玻璃-電子晶體”模型恰恰就是滿足要求的理想模型。簡單的說就是既可以像玻璃一樣阻擋熱量傳導，又可以像晶體一樣允許電荷自由移動。PMHJ薄膜就是在向這種模型靠攏。
PMHJ薄膜采用聚合物多周期異質結(PMHJ)結構，由兩種不同的聚合物構建而成，具有周期有序的納米結構。其中，每種聚合物的厚度均小于10納米，相鄰界面約為2個分子層厚度，且界面層內部呈現體相混合的特征。而這不但可以保證了有效的電荷傳輸，同時也實現了了高效散射聲子與類聲子傳播，打破了現有高性能聚合物熱電材料不依賴熱輸運調控的認知局限。
盡管PMHJ薄膜和理想的新型高性能聚合物熱電材料還具備一定的距離，但是它為塑料基熱電材料領域的持續發展提供了新路徑，其獨特的優勢和潛力，在持續研究的推動下，或許在未來某一天，能夠以高性能聚合物熱電材料的身份在更多領域得到廣泛應用和推廣。
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