近日，許昌學(xué)院教授鄭直團(tuán)隊(duì)在環(huán)境友好、低成本制備高效率熱電材料和技術(shù)方面取得重要進(jìn)展，獲得了室溫水溶液反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)獨(dú)特且性能優(yōu)越的硒化銀熱電薄膜與器件。相關(guān)研究成果以“面向商用柔性熱電器件的微結(jié)構(gòu)定制β-硒化銀（β-Ag2Se）薄膜”為題在線發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域期刊《先進(jìn)材料》
可穿戴設(shè)備讓人類成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分并顯示出巨大的商業(yè)化前景。但由于各種電池的壽命所限，持續(xù)為可穿戴或嵌入式設(shè)備供電正面臨巨大挑戰(zhàn)。
鄭直介紹說，熱電發(fā)電器 (TEG) 能夠以獨(dú)特的方式將熱能（廢熱）轉(zhuǎn)化為電能，為可穿戴設(shè)備提供了理想能量供給方式。熱電器件的熱電優(yōu)值、功率因子和最大輸出功率密度等反映了不同微觀結(jié)構(gòu)對材料熱電性能的影響，同時(shí)優(yōu)化塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等參數(shù)非常困難。
“另外，塊體材料由于剛性特征，限制了其在柔性熱電發(fā)電器中的應(yīng)用。然而，薄膜硫族化物卻以其高熱電轉(zhuǎn)換性能和柔性，為未來人工智能和可穿戴設(shè)備指明了前景?！编嵵闭f，在這方面，β-Ag2Se在室溫下作為柔性TEGs所表現(xiàn)出的顯著優(yōu)勢受到了極大關(guān)注。然而，先前報(bào)道的硒化策略，不可避免地需要相對較高的溫度，或者需要高壓或真空條件，均不利于硒化銀材料的進(jìn)一步商業(yè)化推廣。
自2005年開始，鄭直課題組開展金屬表面單質(zhì)反應(yīng)在能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用研究。針對該問題，研究人員經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，最終使整個(gè)硒化反應(yīng)可以在室溫下進(jìn)行，并可在1分鐘內(nèi)（最快15秒）完成。經(jīng)過優(yōu)化的薄膜功率因子和熱電優(yōu)值分別達(dá)到2590 μW m-1 K-2 和1.2的高值。以此薄膜直接作為熱電腿原位制備的系列柔性薄膜熱電發(fā)電器件，室溫工作條件下器件功率密度達(dá)到27.6 W·m-2 （30 K溫差）和124 W·m-2 （30 K溫差）的超高性能，可以與商業(yè)化的 Bi2Te3（銻化鉍）材料相媲美，具有工業(yè)應(yīng)用前景。
許昌學(xué)院為論文第一作者與通訊作者單位，該校青年教師雷巖與華東師范大學(xué)齊瑞娟為共同第一作者，雷巖、Takao Mori、鄭直為通訊作者。
該研究成果也是該校實(shí)施OPCE人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)，為探索應(yīng)用型大學(xué)的科教融合提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、河南省高層次人才特殊支持計(jì)劃、河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)等計(jì)劃的支持。
