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在西北大學和波士頓學院的研究小組持續不懈地努力下,先進壓電和熱電材料的奈米級關鍵尺寸,在朝向商用化能源採集應用方向邁進的過程中,正歷經不斷的改良。
由西北大學教授Horacio Espinosa領導的一個研究小組表示,透過將能源採集奈米線縮小到2.4奈米以下,壓電係數便可望推升20~100倍。而波士頓學院的研究員Xiao Yan所領導的研究組則聲稱,熱電材料可藉由對其進行5~10奈米顆粒級的熱壓,從汽車排放獲得60%到90%的熱能。
包括博士候選人Ravi Agrawal在內的西北大學壓電研究人員表示,透過將奈米氮化鎵(GaN,一種III-V族半導體),以及氧化鋅(ZnO,一種II-VI半導體)奈米線縮小到2.4nm以下,從運動產生的能量係數可分別提升20倍和100倍。他們還運用了密度泛函理論(density function theory, DFT)來計算降至0.6nm時的性能範圍。“建構奈米發電機、感測器和其他採用更小型奈米線的裝置,都將能大幅提高其輸出和靈敏度,”Espinosa說。
推升熱電係數
同樣,波士頓學院與麻省理工學院(MIT)、克萊姆森大學(Clemson University),以及維吉尼亞大學(University of Virginia)合作的研究團隊則聲稱,透過首次將熱電材料球磨到10nm顆粒等級,熱電係數的質量指標(figure-of-merit)可提升到60~90%左右,之後還能加熱使其結合在一起。如此一來,p-type的helf-Heusler熱電半導體可獲得所有今天被浪費的能源,並將它轉換為電能。
“helf-Heuslers可能會被廣泛用於汽車排放系統中,它能實現‘無廢氣浪費’的目標,而且能進行轉換為電能,”Yan說。“我們的工作有助於half-Heuslers在汽車排放系統和其他發電系統中成為更具競爭力的候選技術。”Yan曾與波士頓學院教授Zhifeng Ren,以及麻省理工學院的Gang Chen教授合作,他表示,磨削和沖壓方法在商業上是可行的。“這是一個可透過更經濟方式提高熱電材料性能的大好機會,”Ren說。“我們的方法不僅成本低,還可實現大規模量產。”波士頓大學研究團隊的其他成員還包括Giri Joshi, Weishu Liu, Yucheng Lan和Hui Wang;麻省理工學院的Sangyeop Lee;維吉尼亞大學教授JoePoons和Terry Tritt。
編譯: Joy Teng
(參考原文: Nanotech boosting piezoelectrics, thermoelectrics,by R. Colin Johnson)
2011年2月1日 星期二
奈米技術推升壓電、熱電材料性能
標籤:
化學材料,
奈米科技,
應用科技
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