有 機(jī)熱電材料實(shí)現(xiàn)電致制冷

溫差可超過(guò)40℃

●創(chuàng)新點(diǎn)

熱電材料可以實(shí)現(xiàn)溫差和電能之間的直接轉(zhuǎn)換，是重要的能源材料之一。作為新型熱電材料體系，有機(jī)熱電材料在柔性、低成本供電器件和自供電傳感器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，有機(jī)熱電材料研究開(kāi)始起步并得到廣泛關(guān)注，關(guān)鍵性能指標(biāo)不斷攀升，成為有機(jī)電子學(xué)中重要的前沿研究方向之一。盡管如此，有機(jī)熱電材料與器件的基本效應(yīng)研究嚴(yán)重缺乏，限制了領(lǐng)域的快速發(fā)展。塞貝克效應(yīng)和帕爾貼效應(yīng)是熱電轉(zhuǎn)換的兩大基本效應(yīng)?；跓犭娖骷娜惪诵?yīng)可以實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電，而基于帕爾貼效應(yīng)則可以實(shí)現(xiàn)電致制冷，從而實(shí)現(xiàn)多種功能應(yīng)用。目前，有機(jī)熱電材料與器件的功能研究集中于塞貝克效應(yīng)。盡管人們預(yù)計(jì)有機(jī)熱電薄膜器件在電致制冷方面具有自身優(yōu)勢(shì)，但是該類體系的帕爾貼效應(yīng)的精確研究受限于高性能器件的構(gòu)建和電致溫差的原位實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)纱箅y題，相關(guān)系統(tǒng)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員長(zhǎng)期致力于有機(jī)熱電材料的研究，目前已取得了重大突破。

●方法和結(jié)果

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的科研人員針對(duì)有機(jī)熱電器件帕爾帖效應(yīng)研究中面臨的熱效應(yīng)復(fù)雜且相互干擾問(wèn)題，結(jié)合懸浮器件的制備和原位真空表征系統(tǒng)的搭建降低熱散失，利用高速/鎖相紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)帕爾貼效應(yīng)與焦耳熱效應(yīng)及熱傳導(dǎo)的有效分離，系統(tǒng)揭示了有機(jī)熱電薄膜器件中的帕爾貼效應(yīng)，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有機(jī)熱電體系中的湯姆遜關(guān)系。更為重要的是，他們發(fā)現(xiàn)金屬有機(jī)配位聚合物薄膜器件兩端可以建立超過(guò)40℃的溫差，并且首次真正實(shí)現(xiàn)了有機(jī)熱電器件的電致制冷。

應(yīng)用前景

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的科研人員與北京師范大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)和蘇州大學(xué)的科研人員密切合作，預(yù)測(cè)該材料的超薄器件有望實(shí)現(xiàn)大溫差電致制冷，在柔性固態(tài)制冷和定點(diǎn)化瞬態(tài)制冷等方面具有重要的應(yīng)用前景。

Source：Jin Wenlong, Liu Liyao, Yang Tao, et al. Exploring Peltier effect in organic thermoelectric films[J]. Nature Communications,2018, 9: 3586.