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有机半导体可帮助从工业和住宅废热中发电

时间:2021-08-18 来源网站:云南化工机械网

有机半导体可帮助从工业和住宅废热中发电

电子有机材料有望支持替代能源和绿色能源,以满足不断增长的全球能源需求和严格的环境法规。

一支由KAUST领导的团队现在已经开发出电子传输的所谓n型有机半导体,可以帮助从工业过程和家庭释放的废热中发电。

可以将温度变化或梯度转换为电能的热电发电机非常适合利用余热中国机械网okmao.com。这些易于扩展的设备对环境友好,并且没有任何活动部件,这使它们具有耐磨性。

它们在能量转换方面的效率取决于最大程度地降低其组件的热导率,同时最大化其电导率和塞贝克系数,这是衡量其产生热电流能力的直接指标。

热电发生器的核心是两种电子上不同的材料,即n型 半导体和空穴传输(或p型)半导体,它们在其端部相连以形成电路。

因此,发生器的转换效率取决于提供最佳性能的两种半导体。

最近,有机热电材料已经比其便宜和丰富的常规无机材料更易于加工且毒性更低。这些新材料的导热系数也较低,但其热电性能仍然不足。

通常,掺杂的n型有机半导体在环境条件下不稳定,并且比其p型等效物显示出更低的电导率,而p型等效物已被广泛研究。

艾恩·麦卡洛克(Iain McCulloch)研究小组的负责人,研究科学家胡晨说:“一项重要的挑战是找到性能与最佳p型半导体相当的n型有机材料。”

KAUST团队设计了一种系统的方法来合成具有高热电性能的空气稳定掺杂n型有机半导体。

单体包括与萘和蒽核稠合的环状酰胺或内酰胺,通过无毒的无金属酸催化聚合反应生成刚性共轭聚合物。McCulloch说:“沿着主干没有旋转自由度,这减少了能量紊乱并随后增强了电导率。”

在这种设计中,吸电子的内酰胺基团产生了高度缺电子的主链,在环境条件下稳定了聚合物。

另外,较小的核导致较大的电子亲合力,因此,聚合物中的热电性能更好,“在这项工作之前,还没有如此惊人地证明这一点,” McCulloch说。

Chen解释说,较大的核具有较低的吸电子基团密度,这会逐渐降低电子亲和力。

这些空气稳定的聚合物具有良好的商业潜力。该团队现在正计划开发可扩展的过程,以允许将这些材料集成到热电发电机中。