国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

有限的柔性、復(fù)雜的制造過(guò)程、高成本和不足的性能是限制柔性無(wú)機(jī)熱電材料在可穿戴電子設(shè)備和其他高端冷卻應(yīng)用中的規(guī)模化和商業(yè)化的主要因素。

在此，澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)陳志剛教授和史曉磊博士等人開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新且成本效益高的技術(shù)支持，該技術(shù)整合了溶劑熱法、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)技術(shù)，以生產(chǎn)無(wú)機(jī)柔性熱電薄膜。本文的可印刷薄膜由Bi₂Te₃基納米片作為高度取向的晶粒和Te納米棒作為“納米粘合劑”，展現(xiàn)出了卓越的熱電性能，適用于可印刷薄膜，具有良好的柔韌性、大規(guī)模制造能力和低成本。同時(shí)，作者構(gòu)建了一個(gè)由可印刷的n型Bi₂Te₃基和p型Bi_0.4Sb_1.6Te₃薄膜組裝的柔性熱電裝置，實(shí)現(xiàn)了>3 μW cm^?2?K^?2的歸一化功率密度，位居絲網(wǎng)印刷設(shè)備中的最高水平。此外，這項(xiàng)技術(shù)可以擴(kuò)展到其他無(wú)機(jī)熱電薄膜系統(tǒng)，如Ag₂Se，顯示出廣泛的適用性。

相關(guān)文章以“Nanobinders advance screen-printed flexible thermoelectrics”為題發(fā)表在Science上。

【研究背景】

隨著可穿戴電子設(shè)備的日益增多，可持續(xù)充電和冷卻技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。特別是，可穿戴柔性熱電設(shè)備（F-TEDs）作為可穿戴電子設(shè)備的可持續(xù)能源或制冷設(shè)備具有潛力。F-TEDs可以舒適地佩戴在皮膚上，并通過(guò)利用人體與環(huán)境之間的溫差自動(dòng)產(chǎn)生電能。為了提高F-TEDs的實(shí)用性，所使用的熱電材料必須在室溫下展現(xiàn)出高功率因子（S2σ）或高優(yōu)值（ZT），以及高柔韌性、低毒性和穩(wěn)定性。優(yōu)值ZT = S^2σT/κ用于確定整體熱電性能，其中S是塞貝克系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，κ是總熱導(dǎo)率，包括電子熱導(dǎo)率κ_e和晶格熱導(dǎo)率κ_l，T是絕對(duì)溫度。盡管許多有機(jī)和無(wú)機(jī)及有機(jī)–無(wú)機(jī)混合材料展現(xiàn)出卓越的柔韌性，但它們的熱電性能不如無(wú)機(jī)材料。因此，許多研究集中在提高無(wú)機(jī)柔性熱電材料的柔韌性，同時(shí)保持與體相材料相當(dāng)?shù)母邿犭娦阅堋?/span>

在7納米、5納米甚至3納米的先進(jìn)集成電路（ICs）中，熱管理是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，因?yàn)槭芟迏^(qū)域產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致性能瓶頸和電路故障。高效的散熱對(duì)于確保性能、可靠性和壽命至關(guān)重要。IC行業(yè)對(duì)創(chuàng)新冷卻技術(shù)的需求使得柔性和可印刷的熱電薄膜成為有前景的解決方案。通過(guò)將環(huán)境熱量轉(zhuǎn)化為電能，熱電材料可以在提供冷卻的同時(shí)收集能量，使它們成為與先進(jìn)半導(dǎo)體制造過(guò)程中的ICs集成的吸引人的選擇。柔性和可印刷的熱電薄膜可以直接以薄層應(yīng)用于IC表面。如果熱電薄膜可以絲網(wǎng)印刷，它們將與互補(bǔ)金屬–氧化物–半導(dǎo)體（CMOS）制造工藝兼容，其沉積可以作為后制造步驟納入，而不需要對(duì)IC制造過(guò)程進(jìn)行大量修改。這種柔韌性和薄特性使它們適合應(yīng)用于7納米和3納米節(jié)點(diǎn)典型的高密度架構(gòu)中。

在所有接近室溫的熱電材料中，由于其在室溫下出色的σ和S，鉍碲化物（Bi₂Te₃）具有最佳的柔韌性和絲網(wǎng)印刷潛力。與最近報(bào)道的韌性銀硫族化合物和銀銅硫族化合物（Ag₂Q和AgCuQ，Q = S, Se, 和 Te）相比，Bi₂Te₃在室溫下展現(xiàn)出更優(yōu)越的熱電性能。因此，Bi₂Te₃仍然是F-TEDs或可絲網(wǎng)印刷薄膜最有前景的無(wú)機(jī)材料，最近在室溫下觀察到的摻雜銀、高度（00l）取向的Bi₂Te₃薄膜的ZT為1.2。然而，這種材料的制備過(guò)程復(fù)雜且能耗高，限制了大規(guī)模應(yīng)用的潛力。已經(jīng)報(bào)道了幾種制造柔性Bi₂Te₃基薄膜的方法，包括真空過(guò)濾、絲網(wǎng)印刷、共蒸發(fā)和磁控濺射。在這些方法中，絲網(wǎng)印刷是一種相對(duì)便宜且可擴(kuò)展的技術(shù)，適合于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究和工業(yè)生產(chǎn)，能耗低且材料需求少。然而，絲網(wǎng)印刷的Bi₂Te₃薄膜通常存在致密化差的問(wèn)題，導(dǎo)致σ低，從而影響整體性能。絲網(wǎng)印刷薄膜的柔韌性需要進(jìn)一步改進(jìn)以滿(mǎn)足商業(yè)應(yīng)用，繼續(xù)優(yōu)化絲網(wǎng)印刷Bi₂Te₃薄膜的性能可能會(huì)在所需的材料屬性上取得重要改進(jìn)。

研究?jī)?nèi)容

Bi₂Te₃的晶體結(jié)構(gòu)是菱面體，具有空間群R3?m，可以使用六角單元格來(lái)描述。單元格由五層Bi-Te（Te1-Bi-Te2-Bi-Te1）組成。范德華力將這些層綁定在一起，并使它們垂直于平面的方向堆疊。Bi₂Te₃的ZT在平面內(nèi)高于平面外，這就是為什么基于Bi₂Te₃的薄膜旨在實(shí)現(xiàn)高（00l）取向。除了精確控制粉末尺寸以實(shí)現(xiàn)薄膜中的高（00l）取向外，還需要優(yōu)化粉末的組成以確保高初始熱電性能，這在以往的研究中一直缺乏。然而，Bi₂Te₃的較大粒徑會(huì)使薄膜更容易開(kāi)裂，從而影響柔韌性和穩(wěn)定性，這為生產(chǎn)高性能Bi₂Te₃薄膜提出了一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的瓶頸。

為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備的Bi₂Te₃薄膜既具有高熱電性能又具有良好的柔韌性，墨水中的粉末（即薄膜中的晶粒）需要足夠大，并且展現(xiàn)出典型的片狀形態(tài)以實(shí)現(xiàn)高（00l）取向。此外，還需要優(yōu)化粉末的化學(xué)結(jié)構(gòu)以獲得高的初始熱電性能。在此基礎(chǔ)上，必須特別調(diào)整和優(yōu)化薄膜的結(jié)構(gòu)，以防止彎曲時(shí)產(chǎn)生裂紋，特別是在含有大顆粒的薄膜中。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，作者采用了特別設(shè)計(jì)的溶劑熱法合成了單晶摻雜銀的Bi₂Te₃納米片和Te納米棒。然后，使用絲網(wǎng)印刷和火花等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)制造了具有高（00l）取向的Bi₂Te₃薄膜。制作了一個(gè)A4尺寸的絲網(wǎng)印刷Bi₂Te₃薄膜，以證明大型Bi₂Te₃薄膜可以輕松使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制造，這在使用許多不同的復(fù)雜制造工藝時(shí)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。摻雜銀可以?xún)?yōu)化載流子濃度n，納米片的大小可以通過(guò)優(yōu)化溶劑熱合成參數(shù)來(lái)控制，從而在薄膜中得到尺寸可控的Bi₂Te₃晶粒。這使得薄膜具有高（00l）取向、高μ和良好的柔韌性。