中科院上海硅酸鹽研究所研究人員史迅、陳立東、孫宜陽、仇鵬飛等和美國克萊門森大學(xué)教授賀健合作，開發(fā)出基于硫化銀（Ag2S）柔性半導(dǎo)體的新型高性能無機柔性熱電材料和器件。該研究開辟了無機柔性熱電材料研究新方向，為基于高性能無機材料的全柔性熱電轉(zhuǎn)換新技術(shù)的開發(fā)解決了最起始也是最關(guān)鍵的一個難點。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》。

　　新型高性能無機柔性熱電材料必須同時兼顧良好的塑性和熱電性能。該團(tuán)隊此前成功研發(fā)出室溫第一種無機柔性半導(dǎo)體材料Ag2S，這項研究進(jìn)一步合成了一系列硒或碲元素固溶的Ag2S材料，發(fā)現(xiàn)硒或碲的固溶可導(dǎo)致銀間隙離子濃度增加，因而電輸運性能獲得明顯改善，在室溫時熱電優(yōu)值可顯著提升至0.44。

　　研究人員選取彎曲半徑3毫米進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)硒元素固溶的Ag2S薄片經(jīng)歷1000次反復(fù)彎曲后，電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)幾乎未發(fā)生變化，表明材料的性能受應(yīng)力影響較小，可滿足柔性可穿戴供電的要求。

　　研究團(tuán)隊進(jìn)一步制備了基于硒元素固溶Ag2S的面內(nèi)型熱電發(fā)電器件。在20K溫差下，最大歸一化功率密度達(dá)到0.08瓦每平方厘米，比目前最好的純有機熱電器件高1~2個數(shù)量級。

　　論文通訊作者、研究員陳立東表示，這次研發(fā)的基于Ag2S柔性半導(dǎo)體的新型高性能無機柔性熱電材料和器件可同時提供優(yōu)異的柔性和熱電轉(zhuǎn)換性能，且具有環(huán)境友好、穩(wěn)定可靠、壽命長等優(yōu)點，有望在以分布式、可穿戴式、植入式為代表的新一代智能微納電子系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

　　a) Ag₂S-Ag₂Se-Ag₂Te體系的“塑性-zT”相圖。b) Ag₂S基柔性熱電材料的優(yōu)異力學(xué)性能。c) Ag₂S基柔性熱電器件的示意圖和實物圖。d) Ag₂S基柔性熱電器件和其它已報道的柔性熱電器件的功率密度對比。 

　　相關(guān)論文信息： 

　　https://doi.org/10.1039/C9EE01777A