全新合金材料转化效率创新记录 远超传统半导体

全新合金材料转化效率创新记录远超传统半导体利用热能发电并不是什么新鲜事。自20世纪中期以来，它们被用于在太空探索中产生电能，但热电也用于便携式冰箱等日常应用。此外，它们还可以用于工业环境，将废热转化为绿色电力，这也是潜在应用之一。热电的工作原理热电效应是基于带电粒子从材料较热的一面迁移到较冷的一面的运动。这就产生了一个电压，即所谓的热电电压。热电电压与温差的比值就是“塞贝克系数”，这是材料热电性能的重要参数。该研究的第一作者FabianGarmroudi解释说：“尽管塞贝克（德国物理学家）在200多年前就发现了普通金属中的热电效应，但现在金属几乎不被认为是热电材料，因为它们通常具有非常低的塞贝克系数。”性能优异的镍金合金近期，来自维也纳工业大学的物理学家成功地发现了具有高导电性和特大塞贝克系数的金属合金。他们说，磁性金属镍与贵金属金的混合从根本上改变了电子性质。具体而言，当加入约10%的镍时，金的淡黄色立即消失，热电性能迅速提高。科学家解释称，塞贝克效应增强的物理根源在于电子的能量依赖散射行为——一种与半导体热电效应根本不同的效应。由于镍原子的特殊电子特性，正电荷比负电荷散射得更强，导致所需的不平衡，从而产生高热电电压。他们补充说，极高的导电性和塞贝克系数的结合，导致镍金合金的热电功率因数值创纪录，远远超过传统半导体。“在相同的几何形状和固定的温度梯度下，可以产生比任何其他已知材料多很多倍的电力，”他们解释说，“此外，高功率密度可能使未来大规模领域的日常应用成为可能。以目前的性能为例，智能手表已经可以利用佩戴者的体温自动充电了。”研究人员还说，“尽管黄金是一种昂贵的元素，但我们的工作代表了概念的证明。我们能够证明，不只有半导体，金属也能表现出良好的热电性能，使它们有各种应用潜力。金属合金与半导体相比具有各种优势，特别是在热电发电机的制造过程中。”未来，该小组还将研究其他不需要昂贵元素金属加入的有前途的候选物质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399025.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399025.htm

科研人员开发出柔性可穿戴长波红外光热电探测器

科研人员开发出柔性可穿戴长波红外光热电探测器近日，中国科学院大连化物所催化基础国家重点实验室热电材料与器件研究组姜鹏研究员、陆晓伟副研究员、包信和院士团队开发了柔性可穿戴长波红外光热电探测器，相关研究成果以“实现非接触式温度感知的柔性红外光热电探测器赋予电子皮肤温度预警功能”为题，发表在国际学术期刊《先进材料》上。据介绍，该项研究为在仿生触觉系统中引入红外探测技术提供了可行的解决方案，在机器人交互感知、虚拟现实等领域具有重要的应用前景。（新华社）

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率北京理工大学的研究人员设计了一种具有非晶相和晶相以及丰富缺陷的电催化剂，可以更有效地分解水并产生清洁燃烧的氢气。图片来源：纳米研究能源，清华大学出版社研究人员的研究结果最近发表在《纳米研究能源》杂志上。中国科学院教授李翠玲表示：“由可再生能源驱动的水电解制氢，即利用电流分解水，将氢气与氧气分离，是缓解和解决能源和环境危机的一项有前景的技术。”析氧反应是水电解的阳极反应，其中直流电引起化学反应，将氧分子从水分子中分离出来。然而这种反应是“一个缓慢的过程”，它限制了水电解作为生产氢气的可持续机制。据李说，析氧反应很慢，因为它需要大量的能量来触发分子转移其成分，但如果与更高效的催化剂结合，可以用更少的能量加速。开发用于析氧反应的高效电催化剂对于开发用于清洁能源转换的电化学装置至关重要，研究人员转向氧化钌，这是一种成本较低的催化剂，与其他催化剂相比，它对反应物和中间体的粘附更少。李说：“与商业产品相比，氧化钌基纳米材料具有更好的析氧反应性能，而迫切需要更复杂的电催化剂设计策略来激发更有效的催化性能，并且在很大程度上尚未得到探索。”为了填补这一空白，研究人员合成了氧化钌多孔颗粒。然后，他们处理颗粒以产生合理调节的异相，这意味着颗粒包含集成在一起的不同结构。多孔和多相结构提供了一种缺陷-本质上是原子结构中的缺口，这使得析氧反应能够更有效地进行更多的活性位点。李说：“得益于所得样品的丰富缺陷、晶体边界和活性位点可及性，证明了优异的析氧反应性能。工程电催化剂不仅能产生更好的析氧反应，而且还可以产生更好的析氧反应。为该过程提供更少的电力。这项研究证明了相工程的重要性，并为策略组合催化剂的设计和合成提供了新途径。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368041.htm

开启热电技术的未来 - 科学家发现拥有超大塞贝克系数的材料

开启热电技术的未来-科学家发现拥有超大塞贝克系数的材料维也纳工业大学的研究人员发现，镍金合金是一种出色的热电材料，在将热量转化为电能方面具有无与伦比的效率。这一发现挑战了人们对热电金属的传统看法，为其在各种技术中的应用开辟了新的可能性。镍金合金热电效应示意图。资料来源：FabianGarmroudi利用热电发电并不是什么新鲜事。自20世纪中叶以来，它们一直被用于太空探索中产生电能，但热电也被用于日常应用，如便携式冰箱。此外，它们还可用于工业环境，将废热转化为绿色电力，这只是其中一种潜在的应用。热电效应基于带电粒子的运动，这些粒子从材料较热的一面迁移到较冷的一面。这就产生了一个电压，即所谓的热电电压，它抵消了电荷载流子的热激发运动。塞贝克系数以德国物理学家托马斯-约翰-塞贝克（ThomasJohannSeebeck）的名字命名，是衡量材料热电性能的重要参数。这里的重要条件是正负电荷之间不平衡，因为它们会相互补偿。MichaelParzer、FabianGarmroudi和AndrejPustogow（左起），背景是显示所有固体元素电子结构的周期表。图片来源：维也纳工业大学该研究的第一作者FabianGarmroudi解释说："虽然塞贝克早在200多年前就发现了普通金属的热电效应，但如今金属几乎不被视为热电材料，因为它们的塞贝克系数通常很低。一方面，铜、银或金等金属具有极高的导电性；另一方面，在大多数情况下，它们的塞贝克系数非常小。"性能卓越的镍金合金现在，维也纳工业大学固体物理研究所的物理学家们成功地找到了具有高导电性和超大塞贝克系数的金属合金。磁性金属镍与贵金属金混合后，其电子特性发生了根本变化。当加入约10%的镍后，金的淡黄色立即消失，热电性能迅速提高。塞贝克效应增强的物理根源在于电子随能量变化的散射行为，这种效应与半导体热电效应有着本质区别。描述所有固体元素电子结构的元素周期表。资料来源：FabianGarmroudi、MichaelParzer、AndrejPustogow由于镍原子的特殊电子特性，正电荷的散射比负电荷更强，从而产生了所需的不平衡，并因此产生了很高的热电电压。"想象一下两位选手之间的赛跑，其中一人在自由跑道上奔跑，而另一人则必须通过重重障碍。当然，在自由跑道上的那个人比对手跑得更快，而对手则不得不放慢速度，更频繁地改变方向。"该研究的资深作者安德烈-普斯托戈夫（AndrejPustogow）这样比较金属热电中的电子流。在本文研究的合金中，正电荷被镍电子强烈分散，而负电荷几乎不受干扰地移动。镍金合金具有极高的导电性，同时又具有很高的塞贝克系数，因此其热电功率因数值创下了历史新高，远远超过了传统半导体的热电功率因数值。FabianGarmroudi解释说："在相同的几何形状和固定的温度梯度下，产生的电能比任何其他已知材料都要高出许多倍。此外，高功率密度可能会在未来大规模应用于日常领域。以目前的性能为例，智能手表已经可以利用佩戴者的体温自动充电。"镍金合金仅仅是个开始"尽管黄金是一种昂贵的元素，但我们的工作代表了一种概念验证。我们能够证明，不仅半导体，金属也能表现出良好的热电特性，从而使其适用于各种应用。"该研究的主要作者之一MichaelParzer解释说："与半导体相比，金属合金具有各种优势，尤其是在热电发电机的制造过程中。"研究人员能够通过实验证明镍金合金是非常好的热电材料并非偶然。MichaelParzer说："甚至在开始实验工作之前，我们就通过理论模型计算出了哪种合金最合适。目前，该研究小组还在研究不需要昂贵的金元素的其他有前途的候选材料。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397533.htm

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢要使氢能更容易被车辆使用，并被公认为一种可靠的替代能源，就必须降低氢气的生产成本，确保其经济可行性。这一目标的核心是优化电解-氢进化过程的效率，该过程从水中制取氢气。最近，由浦项科技大学（POSTECH）化学系的InSuLee教授、SoumenDutta研究教授和ByeongSuGu组成的研究小组通过开发铂纳米催化剂，显著提高了氢这种绿色能源的生产效率。用于氢气进化的三金属杂化纳米催化剂的机理图解。资料来源：POSTECH他们通过逐步沉积两种不同金属的方式完成了这一创举。他们的研究成果发表在《AngewandteChemie》上，这是一份备受推崇的专注于化学领域的期刊。在催化剂表面的特定位置选择性地沉积不同的材料（其尺寸在纳米范围内）带来了巨大的挑战。意外沉积可能会阻塞催化剂的活性位点或干扰彼此的功能。这种困境阻碍了在单一材料上同时沉积镍和钯。镍负责激活水的分裂，而钯则促进氢离子向氢分子的转化。三金属杂化催化剂的合成和氢演化示意图。资料来源：POSTECH研究小组开发了一种新型纳米反应器，可精细控制沉积在二维平面纳米晶体上的金属位置。此外，他们还设计了一种纳米级精细沉积工艺，使不同的材料能够覆盖二维铂纳米晶体的不同面。这种新方法开发出了一种"铂-镍-钯"三金属混合催化剂材料，通过连续沉积，钯和镍纳米薄膜分别选择性地覆盖了二维铂纳米晶体的平面和边缘。混合催化剂具有独特的镍/铂和钯/铂界面，分别用于促进水分离和氢分子生成过程。因此，这两个不同过程的协同作用大大提高了电解-氢演化的效率。研究结果表明，与传统的铂碳催化剂相比，三金属混合纳米催化剂的催化活性提高了7.9倍。此外，这种新型催化剂还具有显著的稳定性，即使在反应时间长达50小时后仍能保持较高的催化活性。这就解决了异质界面之间的功能干扰或碰撞问题。领导这项研究的InSuLee教授乐观地表示："我们成功地开发出了在混合材料上形成的和谐异质界面，克服了工艺上的挑战。我希望研究成果能广泛应用于氢反应催化材料的开发。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390121.htm

科学家在柔性热电技术研究中获进展

科学家在柔性热电技术研究中获进展8月22日消息，记者从中科院官网了解到，柔性电子被誉为未来革命性的电子技术，有望广泛应用于能源、医疗等领域，但其发展受制于可自供电、易携带、高可靠的超薄柔性电源的缺失。热电转换技术可将人体或环境的热量转换为电能，具有体积小、无传动组件、无噪音、可全天候工作等优点，可为柔性电子提供一种可行的自供电解决方案。目前，柔性热电技术的研究一般直接使用具有良好柔塑性的有机热电材料，或者将脆性的无机热电材料集成于柔性基板；前者的电性能较低，导致输出电压和功率远低于无机材料；后者结构与工艺复杂，难以制备出超薄柔性器件。近年来发现的室温塑性无机半导体如Ag2S（NatureMaterials，2018）和二维范德华InSe单晶（Science，2020），将金属/有机材料的力学特性与无机半导体的电学特性完美地集于一身；以此为基础，通过元素的固溶掺杂等改性研究，研制出一系列n型高性能无机塑性热电材料（Energy&EnvironmentalScience，2019；AdvancedMaterials，2021等），室温和高温热电优值分别达到0.44和0.80。这些新材料的研究为柔性热电技术提供了全新的研究思路与解决方案。然而，p型无机塑性热电材料的种类稀少、室温附近热电优值极低（约0.01），制约了传统π型（面外型）超薄柔性热电器件的研制及应用。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员仇鹏飞、史迅、陈立东等，与瑞典乌普萨拉大学教授章贞合作，开发出系列高性能p型无机塑性热电材料；基于此，科研人员研制出厚度仅为0.3mm的超薄π型柔性热电器件，其功率密度数量级高于已报道的柔性热电器件，且还数倍高于现有的刚性热电器件。相关研究成果以Flexiblethermoelectricsbasedonductilesemiconductors为题，发表在《科学》（Science）上。据了解，该研究为柔性热电技术提供了全新的解决方案，能将人体或环境热量快速有效地转换成电能，具有稳定可靠、长寿命、超薄、可弯曲、全天候工作等优点，有望为柔性电子提供高效的自供电技术。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307223.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307223.htm