熱電器件可基于熱電效應對“熱能”和“電能”雙向轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)簡單快速的熱能回收和主動熱管理，因而備受關注。針對功能快速拓展、功率不斷提高的便攜式電子設備(手機、平板電腦等)，亟需利用柔性微型熱電器件對其產(chǎn)生的熱能進行有效回收與控制。然而，受限于柔性熱電材料相較于塊體材料的性能劣勢和高精度微型器件集成的技術難度，目前柔性微型熱電器件的研制是這一領域的重要挑戰(zhàn)。
 

　　近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員邰凱平課題組、劉暢課題組與合作者，提出了一種普適性的一維范德華耦合誘導外延生長策略，突破了傳統(tǒng)異質(zhì)外延生長工藝襯底的限制，研制出多種有序納米晶體結(jié)構。基于這一制備技術，科研人員在單壁碳納米管薄膜表面沉積具有高度有序結(jié)構的納米晶，獲得了自支撐柔性復合熱電材料，并通過理論計算闡明了納米晶體高度有序生長的微觀機制。研究表明，在300~370 K溫度范圍內(nèi)，所制備的P型和N型SWCNT-(Bi,Sb)2Te3復合熱電薄膜的平均熱電優(yōu)值(ZT)高于0.8。進一步，利用所制備的P型和N型復合熱電材料，該工作研制出微米級自支撐柔性熱電發(fā)電和控溫器件。這一器件在~30 K溫差下的發(fā)電功率密度達到~0.36 Wcm-2，~400k時制冷功率密度為~92.5 Wcm-2，以上性能達到國際領先水平。該研究為柔性微型熱電器件在便攜式電子設備領域的應用發(fā)展奠定了基礎。
 

　　10月16日，相關研究成果以Flexible Carbon Nanotube-Epitaxially Grown Nanocrystals for Micro-Thermoelectric Modules為題，發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、遼寧省和沈陽材料科學國家研究中心的支持。
 

單壁碳納米管誘導高有序度納米晶體材料的生長及其機制
 

飛秒激光制備的微米級熱電器件及其性能