我國科學家在納米熱電材料上獲重大突破

在“863”計劃納米專項的資助下，浙江大學趙新兵教授的課題組經過一年多的探索，采用水熱方法，在100℃以上的密封高壓體系和100℃以下的敞開體系中，分別合成了Bi2Te3納米空心管和納米空心囊。不久前在澳大利亞閉幕的第23屆國際熱電會議上，趙新兵教授首先報道了這一新型Bi2Te3納米結構。

　　熱電材料是一種利用固體內部載流子運動實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料，其性能用“熱電優值”Z=a2s/k表征，其中a是溫差電勢系數，s是電導率，k是熱導率。在保持足夠高的a和s值的前提下，最大幅度地降低聲子對k的貢獻是提高熱電材料性能的關鍵。近年來國內外在這方面的研究主要集中在一些具有點陣結構空位的新型化合物如Skutterudite和athrate類化合物），以及納米低維材料（如一維納米線陣列、超晶格薄膜等）。

　　在這些低維納米材料中，由于納米管具有許多特殊的輸運特性，一直是凝聚態物理和材料科學的研究熱點領域。對熱電材料而言，納米管結構同時具有納米線的低維結構特征和空心量子效應，可望充分限制聲子傳導，降低熱電材料的熱導率，同時納米管所具有的特殊的載流子輸運特性可能對a和s產生有益的影響，因此具有令人感興趣的研究前景和預期。初步實驗研究發現，在傳統Bi2Te3基熱電材料中添加15%的含有Bi2Te3納米管的粉末，可以使材料的性能提高20%左右，充分顯示了Bi2Te3納米管在提高熱電材料性能方面的特殊作用。論文“水熱法合成新型熱電Bi2Te3化合物納米管和納米囊”在第23屆國際熱電會議上宣讀后，立即引起國內外眾多同行的關注，被認為是一種研究開發新型高性能熱電材料的新途徑，一個有可能產生重大突破的新方向。因此，該論文獲得了大會頒發的唯一“最佳科學論文獎”。

　　BiTe3不僅是目前已知的室溫附近性能最好的熱電材料，同時也是原子量最大的穩定二元化合物，并且具有一種特殊的準層狀晶體結構。這些特性使得Bi2Te3納米管/納米囊在熱電材料以外的其他研究領域也具有潛在的理論研究和應用研究價值。