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新材料或将为高性能塑料基热电材料研究打开新思路
2024年07月29日 10:44:22
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来源: 化工仪器网
【包装印刷产业网 行业动态】高性能塑料基热电材料是一种兼顾了热电性能与塑料材料优点的特殊材料。想要获得这类材料，通常的方法是以塑料为基体，通过掺杂、复合等手段引入具有高热电性能的填料或纳米结构，从而赋予塑料材料热电转换的能力。
而具体到原理细节，就涉及到了塞贝克效应(Seebeck Effect)和帕尔贴效应(Peltier Effect)。塞贝克效应描述了当两种不同材料的导体在两端存在温差时，会在导体间产生电势差；帕尔贴效应则是前者的逆过程，即电流通过不同材料的导体时，会在导体接点处产生吸热或放热现象。利用这些效应，高性能塑料基热电材料可以实现热能与电能之间的相互转换。
但是想要实现同时具备高塞贝克系数、高电导率和低热导率却非常困难，也正因如此，目前大多数塑料基热电材料的热电优值都较低，无法满足商品化需求。而目前高性能塑料基热电材料的研究突破口，也恰恰是进一步提升塑料基热电材料的ZT值。
为此，在纳米尺度上构筑有序结构，并且优化技术实现大面积制备也成为了该领域的挑战。而就在最近，我国科学家似乎为高性能塑料基热电材料研究提供了新的关键性思路。据悉，中国科学院化学研究所科研团队与其他科学家合作，成功研制出了新型高性能聚合物热电材料——PMHJ薄膜。
关于这项成功，我们先要了解“声子玻璃-电子晶体”模型。前文提过，同时满足高塞贝克系数、高电导率和低热导率是一件非常困难的事，而“声子玻璃-电子晶体”模型恰恰就是满足要求的理想模型。简单的说就是既可以像玻璃一样阻挡热量传导，又可以像晶体一样允许电荷自由移动。PMHJ薄膜就是在向这种模型靠拢。
PMHJ薄膜采用聚合物多周期异质结(PMHJ)结构，由两种不同的聚合物构建而成，具有周期有序的纳米结构。其中，每种聚合物的厚度均小于10纳米，相邻界面约为2个分子层厚度，且界面层内部呈现体相混合的特征。而这不但可以保证了有效的电荷传输，同时也实现了了高效散射声子与类声子传播，打破了现有高性能聚合物热电材料不依赖热输运调控的认知局限。
尽管PMHJ薄膜和理想的新型高性能聚合物热电材料还具备一定的距离，但是它为塑料基热电材料领域的持续发展提供了新路径，其独特的优势和潜力，在持续研究的推动下，或许在未来某一天，能够以高性能聚合物热电材料的身份在更多领域得到广泛应用和推广。
关键词：
新材料,热电
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