硒鐵極薄膜化促使熱電效果飛躍性提高

 

刊登日期:2019/4/16
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日本理化學研究所與東京大學、東北大學的研究團隊利用鐵系高溫超傳導體的硒鐵(Iron Selenide;FeSe),予以極薄膜化之後,發現其熱電效果(席貝克效應;Seebeck Effect)呈現飛躍性上昇的狀態。研究團隊透過電氣化學手法,製作出硒鐵的奈米極薄膜,並對其熱電效果的膜厚相依性(Dependency)進行量測,結果發現接近1 nm的單層厚度(2次元物質)的席貝克係數(Seebeck Coefficient)是厚膜時的數百倍,熱電輸出功率因數則是增大了10萬倍。透過此次的研究成果,也顯示出受到高度控制的奈米物質做為熱電轉換材料的高度可能性。

席貝克效應是熱能與電能之間的一種固態能量轉換方式,由於可將熱能與電能互相轉換而應用於發電及致冷上,故被視為是一項環境發電的有力技術,在物聯網(IoT)的應用領域中,則可望做為感測器網絡的自立型電源進行利用。

硒鐵是鐵系高溫超導體的一種,具有簡單的結構,由鐵硒層一層層堆疊而成,超傳導臨界溫度(Critical Temperature;Tc)為8克耳文(Kelvin)(負265℃),若是單層薄膜的話,超傳導臨界溫度則超過40克耳文(負233℃)。研究團隊將硒鐵的樣本厚度等利用電壓進行控制,製作了金屬與硒鐵之間充滿離子液體的電雙層電容器Electrical Double Layer Transistor),並對其性質進行調查。結果發現膜厚1 nm的席貝克係數可增大至膜厚18 nm的數百倍。另對硒鐵奈米極薄膜在室溫以下的狀態進行調查後可知,熱電輸出功率因數在室溫下每K‧cm2則顯示出約260 μW的數值,50克耳文(負223℃)則達到了13000μW。此外,利用大體積鐵系高溫超傳導體的熱傳導率進行無因次性能指數(Dimensionless Performance Index)的預測發現顯示出極大的數值,因此可知硒鐵奈米極薄膜是極為優異的熱電物質。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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