南理工教授设计出全新纳米棒

本文转自：金陵晚报

热电转换率国际领先

南理工教授设计出全新纳米棒

本报讯（记者 王怀艳 通讯员 曹佳音）能量是维持一个机体正常运转的必备条件，而能源又是衡量一个国家综合国力的重要指标，因此，如何在能量守恒制约下创造出高效的材料是解决能源问题的关键。记者昨从南京理工大学获悉，该校陈光院士团队唐国栋教授创新性设计出一种全新热电新材料——[1 0 0]取向生长的硒化锡纳米棒。该材料热电转换效率（ZT）超高峰值达2.4，处于该体系材料国际领先水平。

热电转换技术是一种利用半导体材料直接将热能与电能进行相互转换的“绿色”能源技术。200多年前，德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克发现：在一个铜线圈和金属铋条组成的闭合回路里，要是用手指按住铋一端的铜线，放在铜线圈里的指南针会发生偏转，这意味着他的体温竟产生了不小的磁场！此后人们把这种由于温差产生电势的现象称为塞贝克效应。塞贝克效应不仅局限在金属铋和铜上，研究发现，几乎所有具有一定导电能力材料，当它们的两端存在温度差时，都会形成相应的电势差，但不同的材料，这种转换的能力不尽相同。

既然温差可以产生电流，那么反过来，电流能不能产生温差？1834年法国人帕尔帖发现，当电流通过由两种不同的金属相接而成的导体时，一个接触点会吸热而另外一个接触点会放热，即帕尔帖效应。上述两效应分别为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据，如我们生活中常见的体温发电式手表、便携式冷藏箱等。

ZT值是衡量热电材料热电性能的指标，一般材料的ZT值越高，其热电性能越好。

常见的热电材料有碲化铋、碲化铅、硒化锡等，其中硒化锡因具有超低的导热率和较高的电传输性能，被认为是拥有巨大应用潜力的新一代热电材料。单晶硒化锡块体材料在923开尔文温度时，其ZT值可达到2.6。然而由于其较差的机械性能以及苛刻的晶体生长条件，限制了单晶硒化锡在实际热电器件中的应用。相比之下，多晶硒化锡制备工艺简单，机械加工性能优异，易于规模化生产。但多晶体硒化锡本身也有不足：内部由许多不同方向的小晶粒排列组成，块体沿不同方向的热电性能具有很大差异，因此需要通过实现沿特定方向生长的晶粒定向排列以实现最优化的热传输性能和电输运性能，从而提高材料的热电转换性能。但在实际操作中，控制硒化锡晶粒的生长取向非常困难。

唐国栋教授成功突破这一技术瓶颈。团队选用锗和硫作为掺杂元素，通过水热法，成功获得了沿特定方向生长的纳米棒，将多晶硒化锡的应用带到一个新高度。

热电材料及热电转换技术的应用十分广泛，人造卫星、深空探测器、火星或月球表面着陆器所使用的放射性同位素热电发电器等均有热电材料的身影；在民用领域，其可被应用于森林火灾早期警报、泥石流早期预警，以及老年人的电子手腕、住院病人的自动监测手腕等。