納米技術(shù)可大幅提升壓電/熱電材料性能？

【導(dǎo)讀】包括在讀博士生Ravi Agrawal在內(nèi)的西北大學(xué)壓電研究人員表示，通過(guò)將納米氮化鎵(GaN，一種III-V族半導(dǎo)體)，以及氧化鋅(ZnO，一種II-VI半導(dǎo)體)納米線縮小到2.4nm以下，從運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量系數(shù)可分別提升20倍和100倍。他們還運(yùn)用了密度泛函理論(density function theory， DFT)來(lái)計(jì)算降至0.6nm時(shí)的性能范圍。

關(guān)鍵字：納米，壓電，熱電， 氮化鎵， 半導(dǎo)體

在西北大學(xué)和波士頓學(xué)院的研究小組持續(xù)不懈地努力下，先進(jìn)壓電和熱電材料的納米級(jí)關(guān)鍵尺寸，在朝向商用化能源采集應(yīng)用方向邁進(jìn)的過(guò)程中，正歷經(jīng)不斷的改良。

由西北大學(xué)教授Horacio Espinosa領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組表示，通過(guò)將能源采集納米線縮小到2.4納米以下，壓電系數(shù)便可望推升20~100倍。而波士頓學(xué)院的研究員Xiao Yan所領(lǐng)導(dǎo)的研究組則聲稱，熱電材料可藉由對(duì)其進(jìn)行5~10納米顆粒級(jí)的熱壓，從汽車排放獲得60%到90%的熱能。

包括在讀博士生Ravi Agrawal在內(nèi)的西北大學(xué)壓電研究人員表示，通過(guò)將納米氮化鎵(GaN，一種III-V族半導(dǎo)體)，以及氧化鋅(ZnO，一種II-VI半導(dǎo)體)納米線縮小到2.4nm以下，從運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量系數(shù)可分別提升20倍和100倍。他們還運(yùn)用了密度泛函理論(density function theory， DFT)來(lái)計(jì)算降至0.6nm時(shí)的性能范圍。

熱電材料可藉由對(duì)其進(jìn)行5~10納米顆粒級(jí)的熱壓，從汽車排放獲得60%到90%的熱能

“建構(gòu)納米發(fā)電機(jī)、傳感器和其他采用更小型納米線的裝置，都將能大幅提高其輸出和靈敏度?！盓spinosa說(shuō)。

推升熱電系數(shù)

同樣，波士頓學(xué)院與麻省理工學(xué)院(MIT)、克萊姆森大學(xué)(Clemson University)，以及維吉尼亞大學(xué)(University of Virginia)合作的研究團(tuán)隊(duì)則聲稱，通過(guò)首次將熱電材料球磨到10nm顆粒等級(jí)，熱電系數(shù)的質(zhì)量指標(biāo)(figure-of-merit)可提升到60~90%左右，之后還能加熱使其結(jié)合在一起。如此一來(lái)，p-type的helf-Heusler熱電半導(dǎo)體可獲得所有今天被浪費(fèi)的能源，并將它轉(zhuǎn)換為電能。

“helf-Heuslers可能會(huì)被廣泛用于汽車排放系統(tǒng)中，它能實(shí)現(xiàn)‘無(wú)廢氣浪費(fèi)’的目標(biāo)，而且能進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電能?！盰an說(shuō)，“我們的工作有助于half-Heuslers在汽車排放系統(tǒng)和其他發(fā)電系統(tǒng)中成為更具競(jìng)爭(zhēng)力的候選技術(shù)。”

Yan曾與波士頓學(xué)院教授Zhifeng Ren，以及麻省理工學(xué)院的Gang Chen教授合作，他表示，磨削和沖壓方法在商業(yè)上是可行的。

“這是一個(gè)可通過(guò)更經(jīng)濟(jì)方式提高熱電材料性能的大好機(jī)會(huì)?！盧en說(shuō)，“我們的方法不僅成本低，還可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)?！?/FONT>