無機(jī)柔性熱電新材料研制成功

中科院上海硅酸鹽研究所研究人員史迅、陳立東、孫宜陽、仇鵬飛等和美國(guó)克萊門森大學(xué)教授賀健合作，開發(fā)出基于硫化銀(Ag2S)柔性半導(dǎo)體的新型高性能無機(jī)柔性熱電材料和器件。該研究開辟了無機(jī)柔性熱電材料研究新方向，為基于高性能無機(jī)材料的全柔性熱電轉(zhuǎn)換新技術(shù)的開發(fā)解決了最起始也是最關(guān)鍵的一個(gè)難點(diǎn)。

新型高性能無機(jī)柔性熱電材料必須同時(shí)兼顧良好的塑性和熱電性能。該團(tuán)隊(duì)此前成功研發(fā)出室溫第一種無機(jī)柔性半導(dǎo)體材料Ag2S，這項(xiàng)研究進(jìn)一步合成了一系列硒或碲元素固溶的Ag2S材料，發(fā)現(xiàn)硒或碲的固溶可導(dǎo)致銀間隙離子濃度增加，因而電輸運(yùn)性能獲得明顯改善，在室溫時(shí)熱電優(yōu)值可顯著提升至0.44。

研究人員選取彎曲半徑3 mm進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)硒元素固溶的Ag2S薄片經(jīng)歷1 000次反復(fù)彎曲后，電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)幾乎未發(fā)生變化，表明材料的性能受應(yīng)力影響較小，可滿足柔性可穿戴供電的要求。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了基于硒元素固溶Ag2S的面內(nèi)型熱電發(fā)電器件。在20 K溫差下，最大歸一化功率密度達(dá)到0.08 W/cm2，比目前最好的純有機(jī)熱電器件高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究人員表示，這次研發(fā)的基于Ag2S柔性半導(dǎo)體的新型高性能無機(jī)柔性熱電材料和器件可同時(shí)提供優(yōu)異的柔性和熱電轉(zhuǎn)換性能，且具有環(huán)境友好、穩(wěn)定可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，有望在以分布式、可穿戴式、植入式為代表的新一代智能微納電子系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。