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KAUST开发热电纳米材料 可将废热转化为电能

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(图源:KAUST官网)

 据外媒报道,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)开发低成本热电纳米材料,可以回收机器和设备(包括手机和汽车发动机等)排放的大量热量,并将其直接转换为有用的电力,避免能源浪费。

这种纳米材料采用基于低温溶液的生产工艺制造,适用于柔性塑料涂层,几乎可在任何地方使用。材料科学家Derya Baran所在实验室的博士后研究员Mohamad Nugraha表示:“在众多可再生能源中,废热并没有得到充分重视。”现在,可以通过热电材料回收机器和设备释放的余热。该类物质具有一种特性,当材料一侧热,另一侧冷时,电荷会沿着温度梯度积聚。

长期以来,制造热电材料一直依靠昂贵的能源密集型工艺。Baran、Nugraha和同事开发的新型热电材料,由名为量子点的纳米材料液体溶液旋涂而成。研究小组先将一层薄薄的硫化铅量子点旋涂于表面,然后加入短连接配体溶液,将量子点交联在一起,增强材料的电子性能。经过一层一层重复旋涂,形成200纳米厚的薄膜,然后采用温和的热退火干燥薄膜,完成制作。Nugraha说:“热电研究的重点一直是在超过400摄氏度高温下加工的材料,而这种基于量子点的热电材料仅需加热到175摄氏度。加工温度较低,可以降低生产成本,并可广泛应用于热电设备表面,包括廉价的柔性塑料。

这些材料展现出良好的热电性能。塞贝克系数是衡量热电性能的重要参数之一,即温度梯度产生的电压。Nugraha说:“我们在材料中发现了提升塞贝克系数的若干关键因素。”研究小组还发现,当材料缩小到纳米尺度时,量子限制效应会改变材料的电子特性,这对于提高塞贝克系数非常重要。Nugraha说,这一发现是向实用的高性能、低温、溶液处理的热电发电机迈出的一步。