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2020-11-04 2315 返回列表

(左)取代A离子提高热电性能。(右)热电转换性能指数ZT(室温)的A离子依赖性。

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日本北海道大学金属氧化物的最高室温热电转换性能指数-有望实现稳定实用的热电转换材料


北海道大学电子科学研究所的张雨桥外国客座研究员(JSPS外国人特别研究员)和太田裕道教授等的研究小组,实现了室温下过去最高的热电转换性能指数ZT=0.11的层状钴氧化物。


热电转换作为将工厂和汽车排出的废热再资源化的技术备受瞩目。

作为热电材料,PbTe等金属硫族化合物是众所周知的,但存在热的、化学的稳定性和毒性等问题,因此还没有达到大规模的实用化。与金属硫族化合物相比,很多金属氧化物在高温和空气中都是稳定的,因此日本在25年前就开始作为热电材料进行研究。热电材料的转换性能由性能指数ZT[=(热电能)2×(导电率)×(绝对温度)÷(热导率)]表示,作为金属硫族化合物代表的p型PbTe在室温下的ZT约为0.1。即使在金属氧化物中,层间含有钠离子的层状钴氧化物,由于热电能力大,导电率高,所以作为实用的热电材料被期待,但是由于导热率高,室温下的ZT停留在0.03左右。


研究小组发现,通过将层状钴氧化物的钠离子置换成各种金属离子,随着金属离子层变重,电特性不会变化,只有热导率降低,最终取代重钡离子时,ZT在室温下为0。发现达到11。一般情况下,材料的热性能都会从高到低。

另外,本研究成果在日本时间2020年10月13日(周二)公开的Journal of Materials Chemistry A杂志上在线刊登。


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