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熱電器件可基于熱電效應(yīng)對(duì)“熱能”和“電能”雙向轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速的熱能回收和主動(dòng)熱管理，因而備受關(guān)注。針對(duì)功能快速拓展、功率不斷提高的便攜式電子設(shè)備（手機(jī)、平板電腦等），亟需利用柔性微型熱電器件對(duì)其產(chǎn)生的熱能進(jìn)行有效回收與控制。然而，受限于柔性熱電材料相較于塊體材料的性能劣勢(shì)和高精度微型器件集成的技術(shù)難度，目前柔性微型熱電器件的研制是這一領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。
近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心研究員邰凱平課題組、劉暢課題組與合作者，提出了一種普適性的一維范德華耦合誘導(dǎo)外延生長(zhǎng)策略，突破了傳統(tǒng)異質(zhì)外延生長(zhǎng)工藝襯底的限制，研制出多種有序納米晶體結(jié)構(gòu)。基于這一制備技術(shù)，科研人員在單壁碳納米管薄膜表面沉積具有高度有序結(jié)構(gòu)的納米晶，獲得了自支撐柔性復(fù)合熱電材料，并通過(guò)理論計(jì)算闡明了納米晶體高度有序生長(zhǎng)的微觀(guān)機(jī)制。研究表明，在300~370 K溫度范圍內(nèi)，所制備的P型和N型SWCNT-(Bi,Sb)2Te3復(fù)合熱電薄膜的平均熱電優(yōu)值（ZT）高于0.8。進(jìn)一步，利用所制備的P型和N型復(fù)合熱電材料，該工作研制出微米級(jí)自支撐柔性熱電發(fā)電和控溫器件。這一器件在~30 K溫差下的發(fā)電功率密度達(dá)到~0.36 Wcm-2，~400k時(shí)制冷功率密度為~92.5 Wcm-2，以上性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該研究為柔性微型熱電器件在便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 10月16日，相關(guān)研究成果以Flexible Carbon Nanotube-Epitaxially Grown Nanocrystals for Micro-Thermoelectric Modules為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省和沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心的支持。
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