江苏苏州：优化配网分级保护 快速隔离故障

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【成果简介】近日，苏州中科院金属所邰凯平研究员、苏州刘畅研究员和中科院近代物理所高宁研究员（共同通讯作者）等人合作利用磁控溅射技术在CNT支架上组装层状结构的Bi2Te3用于制造柔性热电器件。【图文导读】图一无支撑高度有序Bi2Te3-SWCNT杂化热电材料的结构和设计示意图该杂化结构具有高度有序的微结构，优化其特征是在SWCNT管束上生长具有织构结构的Bi2Te3纳米晶体，优化并在Bi2Te3和SWCNT管束沟或者轴之间完美对齐，低角度晶界在相邻的纳米晶之间占主导地位图二Bi2Te3-SWCNT杂化材料的明场TEM图像（a）Be-Te吸附原子开始沉积在SWCNT管束的表面上（b）Bi2Te3纳米晶体与SWCNT管束之间的界面，其清晰而尖锐，插图是Bi2Te3对应的快速傅里叶变换（FFT）图像（c）Bi2Te3纳米晶体的微结构缺陷，比如堆垛层错和沿着（000/）面的孪晶界，插图是Bi2Te3的晶体结构示意图和FFT图像（d）相邻的Bi2Te3纳米晶固定在一个SWCNT管束上，插图是对应的高分辨图像和FFT图像（e）高度弯曲的SWCNT管束上的Bi2Te3纳米晶体，插图是Bi2Te3-SWCNT定向排列的示意图（f）~120s沉积后所得的杂化材料，插图是对应的选区衍射图样比例尺：（a、b）是10nm，（c）是4nm，（d）是40nm，（d中插图）是5nm，（e）是150nm，（f）是400nm图三Bi2Te3-SWCNT杂化材料的SEM和XRD表征（a-c）厚度为~600nm的Bi2Te3-SWCNT杂化材料的SEM图像，其中（b、c）来自a中制定区域的特写图像，表明Bi2Te3纳米晶体是覆盖在SWCNT支架上（d）不同沉积时间（300-900s）和置于SiO2/Si衬底（蓝色）上的致密Bi2Te3薄膜所制备的Bi2Te3-SWCNT杂化材料的XRD谱，为了对比，粉红色是菱形Bi2Te3的标准参照物比例尺：（a）是30μm，（b、c）是1μm图四不同条件下所制备材料的热电特性（a-c）SiO2/Si上致密的Bi2Te3薄膜（红色实心菱形）和具有低载流子浓度（蓝色实心圆圈）与高载流子浓度（绿色实心正方形）的无支撑Bi2Te3-SWCNT杂化材料的平面电导率（a）、Seeback系数（b）、计算的PFs（c）（d）低载流子浓度和致密Bi2Te3/SiO2/Si（红色空心菱形）杂化材料的总平面热导率和来自于偶极子效应（蓝色空心圆圈）和晶格热导率的贡献（e）对应的品质因数，计算的ZT误差棒约为20%，由Seeback系数（~3%）、电导率（~5%）和热导率（~10%）的测量不确定度所检测（f）与之前所报告的典型的柔性热电材料、块体Bi2Te3、Bi2Te3/CNT和该Bi2Te3-SWCNT杂化材料在室温下的热电ZT的比较，并给出这些热电材料的总热导率图五Bi2Te3-SWCNT杂化材料和MD模拟的柔性弯曲测试（a）对于厚度为600nm（000/）织构（蓝色实心圆圈）、无（000/）织构（绿色实心菱形）Bi2Te3-SWCNT杂化材料和在聚酰亚胺衬底上（红色实心正方形）的致密Bi2Te3薄膜的相对电阻与弯曲半径之间的函数关系，R和R0分别是杂化材料在弯曲变形状态和初始平面状态的电阻，插图是（000/）织构杂化材料和Bi2Te3/聚酰亚胺样品的循环弯曲测试结果，误差棒为10%，该数值是从R（~5%）和R0（~5%）的测量不确定性中所确定的（b、c）无支撑（000/）织构Bi2Te3-SWCNT杂化材料的横截面SEM图像（d、e）在（000/）方向上的三个相邻Bi2Te3纳米晶体的弯曲柔性的MD模拟所用的结构模型，晶界倾斜角度不同，（d）是低角度：5°，（e）是高角度：30°，弯曲变形的模型投影在y-z平面，其对应的原子位移沿着y轴【小结】在该研究中，作者开发了一种制备高性能柔性热电材料的策略，即以SWCNT网作为支架来引导层状结构的热电半导体纳米晶的沉积和生长以形成具有高度有序微结构的杂化材料。

配网该成果以题为Flexiblelayer-structuredBi2Te3thermoelectriconacarbonnanotubescaffold发表于著名期刊NatureMaterials。因此，分级设计和制备具有优异综合性能的柔性热电材料仍然是一个巨大的挑战。要获得热源表面和任意形状之间的紧密接触，保护良好的柔性是必不可少的。

聚合物热电材料虽然具有柔性好、快速重量轻以及易加工等优点，快速但由于其热稳定性差、效率低以及接触电阻高等缺点，因此严重阻碍其在热电材料中的应用。【引言】随着柔性电子器件的发展以及对可持续和多用途能源需求的不断增长，隔离故障柔性电子器件由于可以直接将废旧的热能转换为有用的电能，隔离故障因此已经引起各国研究人员的极大关注。

由于CNTs基复合材料中的碳纳米管分布不均、江苏弱的界面相互作用、江苏杂质较多以及结构混乱等缺点，因而这种材料的热电性能远低于最新的无机硫属化合物。

文献连接：苏州Flexiblelayer-structuredBi2Te3thermoelectriconacarbonnanotubescaffold（NatureMaterials,2018,DOI:10.1038/s41563-018-0217-z）本文由材料人编辑部计算材料组杜成江编译供稿，苏州材料牛整理编辑。以上两种发电厂的尾气中都含有较高浓度的氧气，优化因此氧气还原反应将会作为一个副反应被引入。

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