Наночастица Sb2Te3

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5783 (2023) Цитировать эту статью

1094 доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) являются многообещающими термоэлектрическими материалами благодаря своей гибкости и превосходной долговечности при воздействии тепла и химикатов. Таким образом, их предполагается использовать в источниках питания различных датчиков. Однако их термоэлектрические характеристики уступают свойствам неорганических термоэлектрических материалов. Для улучшения термоэлектрических характеристик при сохранении превосходных характеристик ОСУНТ предлагается новый подход к формированию неорганических термоэлектрических слоев на поверхностях пучков ОСУНТ с помощью электроосаждения. Мы синтезировали пленки ОСУНТ, содержащие наночастицы Sb2Te3, и покрыли их электроосажденными слоями Sb2Te3. Наночастицы Sb2Te3 были синтезированы спонтанной окислительно-восстановительной реакцией, которые затем были добавлены в раствор дисперсии ОУНТ, а пленки получены методом вакуумной фильтрации. При более высоком содержании наночастиц в пленках электроосажденные слои Sb2Te3 полностью покрывали связки ОСУНТ за счет увеличения концентрации ионов-предшественников вблизи поверхности связки ОСУНТ, что, в свою очередь, было результатом расплавления наночастиц. Термоэлектрические характеристики улучшились, и максимальный коэффициент мощности примерно при 25 °C составил 59,5 мкВт/(м·К2), что в 4,7 раза выше, чем у обычной пленки SWCNT. Эти результаты дают ценную информацию для проектирования и изготовления высокоэффективных гибких термоэлектрических материалов.

Термоэлектрические генераторы являются перспективными устройствами для сбора энергии. Они производят электрическую энергию посредством диффузии носителей в ответ на тепловой поток, создаваемый градиентом температуры в термоэлектрических материалах. Широкое развитие Интернета вещей (IoT) способствовало появлению технологии гибких термоэлектрических генераторов1,2,3,4. Это связано с тем, что технология IoT требует большого количества датчиков, а для этой технологии необходимы беспроводные источники питания для датчиков, использующие источники окружающего тепла. Кроме того, гибкость способствует установке генераторов в различных источниках тепла, таких как человеческие тела и объекты с изогнутой поверхностью5,6,7,8.

Как правило, гибкие термоэлектрические материалы включают проводящие органические материалы9,10,11, одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ)12,13,14 и их композиты15,16,17. Среди них SWCNT превосходны в качестве источников питания для датчиков IoT, поскольку они обладают превосходной термостойкостью и химической стойкостью. Хотя ОСУНТ демонстрируют превосходные характеристики для гибких термоэлектрических генераторов, их термоэлектрические характеристики уступают характеристикам неорганических халькогенидов, таких как сплавы на основе Bi2Te318. Термоэлектрические характеристики выражаются безразмерной добротностью ZT = σS2T/κ и коэффициентом мощности PF = σS2, где σ, S, T и κ представляют собой электропроводность, коэффициент Зеебека, абсолютную температуру и теплопроводность соответственно. .

Для повышения термоэлектрических характеристик эффективным подходом является объединение ОУНТ с неорганическими термоэлектрическими материалами. Джин и др. использовал метод распыления для изготовления гибкого термоэлектрического материала, содержащего высокоупорядоченные нанокристаллы теллурида висмута (Bi2Te3), закрепленные на сетке одностенных углеродных нанотрубок; этот материал имел высокий коэффициент Зеебека19. Ву и др.20 приготовили гибридные тонкие пленки из ОУНТ p-типа и нанопластин теллурида сурьмы (Sb2Te3), которые показали высокие коэффициенты мощности, путем сочетания вакуумной фильтрации и отжига. В дополнение к этим исследованиям были предложены отличные термоэлектрические материалы путем объединения УНТ с неорганическими и органическими соединениями21,22. В нашем предыдущем исследовании мы приготовили раствор дисперсии ОУНТ в нанопластинах Bi2Te3, используя сольвотермический синтез, и произвели гибкие пленки методом капельного литья, что привело к увеличению термоэлектрических характеристик23,24,25.