近日，美國圣母大學(xué)張艷良教授團(tuán)隊(duì)在國際著名綜述期刊《Chemical Society Reviews》上發(fā)表題為“Printing thermoelectric inks toward next-generation energy and thermal devices”的綜述文章，并選為封面文章。
熱電效應(yīng)是指基于材料在溫差下產(chǎn)生的電位或電位差下產(chǎn)生的溫度差。這些現(xiàn)象更具體地稱為塞貝克效應(yīng)（從溫差產(chǎn)生電壓）、珀?duì)柼?yīng)（用電流驅(qū)動(dòng)熱流）和湯姆森效應(yīng)（當(dāng)同時(shí)存在電流和溫度梯度時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的可逆加熱或冷卻）。由于其能實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，熱電材料在精細(xì)制冷、回收廢熱、以及提高整體能源利用率等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。新型熱電器件的設(shè)計(jì)與開發(fā)也一直是一個(gè)重要研究課題，尤其是優(yōu)化熱電器件的尺寸和提高熱電材料的利用率。由于其從微觀墨水尺度的結(jié)構(gòu)控制到宏觀工業(yè)化的應(yīng)用潛力，基于3D打印的增材制造方法提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)制造思路。近10年來，張艷良教授團(tuán)隊(duì)一直致力于功能化納米材料合成和墨水研發(fā)、熱電器件設(shè)計(jì)，制備、打印及應(yīng)用研究。其中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出多種基于熱電納米材料的可打印墨水和打印方法，實(shí)現(xiàn)了高性能柔性熱電器件、自供電可穿戴傳感器等前沿應(yīng)用。《Chemical Society Reviews》論文系統(tǒng)性總結(jié)了基于納米熱電材料的合成，墨水研發(fā)，打印方法，器件設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
此綜述首先介紹了熱電材料的相關(guān)理論基礎(chǔ)；然后詳細(xì)介紹了熱電材料的合成與墨水制備，包括前驅(qū)體、溶劑、配體、以及功能化添加劑；接著總結(jié)了多種打印方法及其特點(diǎn)，分別從打印分辨率，打印墨水流變學(xué)、以及適用范圍進(jìn)行了具體討論；最后回顧了熱電材料近年來在新型器件領(lǐng)域的應(yīng)用，包括了熱能回收，可穿戴熱電，溫度傳感器和溫度調(diào)控器件等應(yīng)用。這一綜述不僅加深我們對熱電等換能材料基本科學(xué)問題的理解，也為下一代能源器件，傳感器和電子器件的規(guī)模化和集成化制備提供新思路，在智能穿戴、安全檢測、高效能源交換等領(lǐng)域均具有重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
本文第一作者為圣母大學(xué)航空與機(jī)械學(xué)院曾敏翔研究員、張艷良教授為本文的通訊作者，西北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Jeffrey Snyder教授，喬治華盛頓大學(xué)Saniya LeBlanc教授等為論文重要參與作者。項(xiàng)目合作單位包括美國西北大學(xué)和喬治華盛頓大學(xué)。
參考文獻(xiàn)
Minxiang Zeng, et al. Printing thermoelectric inks toward next-generation energy and thermal devices. Chemical Society Reviews (2021).
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/CS/D1CS00490E
