我校在柔性热电材料领域取得重要进展

近日，我校郑直教授团队在环境友好、低成本制备高效率热电材料和技术方面取得重要进展，获得了室温水溶液反应快速、结构独特且性能优越的硒化银热电薄膜与器件。相关研究成果以“面向商用柔性热电器件的微结构可控β-Ag₂Se薄膜”为题在线发表于材料科学领域著名期刊《先进材料》（Advanced Materials, 2021, DOI：10.1002/adma.202104786）,影响因子为30.8。

柔性可穿戴温差发电机(F-TEG)能够直接将人体热能转化为电能，它们在为可穿戴设备供电方面有巨大的潜力。近十年来，人们对多种柔性热电材料进行了研究，但这些材料热电性能依然不理想。基于理论和实际，要实现高效柔性无机薄膜TEG的商业化应用，需要解决3个关键问题：(1)构建/调节微结构，避免复杂的处理和相变过程，平衡电导率和晶格热导率；(2)保证薄膜热电材料具有大范围内的连续、致密、几何结构和良好的热\电接触；(3)减少热电膜材料的厚度获得尽可能高的输出功率密度、更低的成本和灵活性。

为满足上述要求，避免由于高温加工而必须经历的α-Ag₂Se相，郑直课题组经过大量实验对单质银硒化反应条件进行调控，提出了一种简便实用的基于金属表面元素直接反应(DMSER)的溶液加工硒化法，可以在室温下于水溶液中制备致密、具有高热电性能的β-Ag2Se薄膜。该方法在1分钟内将一定厚度的银单质前驱体薄膜快速原位转化为高质量的、大柱状晶粒组成的、大面积的β-Ag₂Se薄膜，具有面内随机性和面外[201]择优取向性。室温条件下，在厚度大约为1μm的薄膜中获得了高达2590±414 μW m⁻¹K⁻²的功率因子(PF)和1.2 ± 0.42的热电优值(zT)。在30 K和60 K温差下，基于该薄膜的柔性温差发电机的最大输出功率密度(MOPD)可分别达到27.6±1.95和124±8.78 W·m^-2，可以与商业化的 Bi₂Te₃（锑化铋）材料相媲美，具有工业应用前景。

许昌学院为论文第一作者与通讯作者单位，我校化工与材料学院（表面微纳米材料研究所）教师雷岩与华东师范大学齐瑞娟为共同第一作者，雷岩、Takao Mori、郑直为通讯作者。我校2016级材料科学与工程专业本科生陈妙盈参与了本项目的研究工作，从大学二年级开始在郑直教授课题组开展本科生“开放平台实践课程”，遵循“科研反哺教学”理念，该研究成果也是该校实施OPCE人才培养战略的具体体现，为探索应用型大学的科教融合提供了实践经验。该研究得到了国家自然科学基金、河南省高层次人才特殊支持计划、河南省高校科技创新团队等计划的支持。（图片由化工与材料学院提供）

论文链接：DOI: 10.1002/adma.202104786

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202104786