全新合金材料转化效率创新记录 远超传统半导体

全新合金材料转化效率创新记录远超传统半导体利用热能发电并不是什么新鲜事。自20世纪中期以来，它们被用于在太空探索中产生电能，但热电也用于便携式冰箱等日常应用。此外，它们还可以用于工业环境，将废热转化为绿色电力，这也是潜在应用之一。热电的工作原理热电效应是基于带电粒子从材料较热的一面迁移到较冷的一面的运动。这就产生了一个电压，即所谓的热电电压。热电电压与温差的比值就是“塞贝克系数”，这是材料热电性能的重要参数。该研究的第一作者FabianGarmroudi解释说：“尽管塞贝克（德国物理学家）在200多年前就发现了普通金属中的热电效应，但现在金属几乎不被认为是热电材料，因为它们通常具有非常低的塞贝克系数。”性能优异的镍金合金近期，来自维也纳工业大学的物理学家成功地发现了具有高导电性和特大塞贝克系数的金属合金。他们说，磁性金属镍与贵金属金的混合从根本上改变了电子性质。具体而言，当加入约10%的镍时，金的淡黄色立即消失，热电性能迅速提高。科学家解释称，塞贝克效应增强的物理根源在于电子的能量依赖散射行为——一种与半导体热电效应根本不同的效应。由于镍原子的特殊电子特性，正电荷比负电荷散射得更强，导致所需的不平衡，从而产生高热电电压。他们补充说，极高的导电性和塞贝克系数的结合，导致镍金合金的热电功率因数值创纪录，远远超过传统半导体。“在相同的几何形状和固定的温度梯度下，可以产生比任何其他已知材料多很多倍的电力，”他们解释说，“此外，高功率密度可能使未来大规模领域的日常应用成为可能。以目前的性能为例，智能手表已经可以利用佩戴者的体温自动充电了。”研究人员还说，“尽管黄金是一种昂贵的元素，但我们的工作代表了概念的证明。我们能够证明，不只有半导体，金属也能表现出良好的热电性能，使它们有各种应用潜力。金属合金与半导体相比具有各种优势，特别是在热电发电机的制造过程中。”未来，该小组还将研究其他不需要昂贵元素金属加入的有前途的候选物质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399025.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399025.htm

科学家在柔性热电技术研究中获进展

科学家在柔性热电技术研究中获进展8月22日消息，记者从中科院官网了解到，柔性电子被誉为未来革命性的电子技术，有望广泛应用于能源、医疗等领域，但其发展受制于可自供电、易携带、高可靠的超薄柔性电源的缺失。热电转换技术可将人体或环境的热量转换为电能，具有体积小、无传动组件、无噪音、可全天候工作等优点，可为柔性电子提供一种可行的自供电解决方案。目前，柔性热电技术的研究一般直接使用具有良好柔塑性的有机热电材料，或者将脆性的无机热电材料集成于柔性基板；前者的电性能较低，导致输出电压和功率远低于无机材料；后者结构与工艺复杂，难以制备出超薄柔性器件。近年来发现的室温塑性无机半导体如Ag2S（NatureMaterials，2018）和二维范德华InSe单晶（Science，2020），将金属/有机材料的力学特性与无机半导体的电学特性完美地集于一身；以此为基础，通过元素的固溶掺杂等改性研究，研制出一系列n型高性能无机塑性热电材料（Energy&EnvironmentalScience，2019；AdvancedMaterials，2021等），室温和高温热电优值分别达到0.44和0.80。这些新材料的研究为柔性热电技术提供了全新的研究思路与解决方案。然而，p型无机塑性热电材料的种类稀少、室温附近热电优值极低（约0.01），制约了传统π型（面外型）超薄柔性热电器件的研制及应用。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员仇鹏飞、史迅、陈立东等，与瑞典乌普萨拉大学教授章贞合作，开发出系列高性能p型无机塑性热电材料；基于此，科研人员研制出厚度仅为0.3mm的超薄π型柔性热电器件，其功率密度数量级高于已报道的柔性热电器件，且还数倍高于现有的刚性热电器件。相关研究成果以Flexiblethermoelectricsbasedonductilesemiconductors为题，发表在《科学》（Science）上。据了解，该研究为柔性热电技术提供了全新的解决方案，能将人体或环境热量快速有效地转换成电能，具有稳定可靠、长寿命、超薄、可弯曲、全天候工作等优点，有望为柔性电子提供高效的自供电技术。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307223.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307223.htm

科学家发现替代材料 中国稀土主导地位遇挑战

科学家发现替代材料中国稀土主导地位遇挑战科学家可能发现了一种方法，在没有稀土金属的情况下制造用于风力涡轮机和电动汽车的磁性材料。分析认为，中国在稀土市场的主导地位或遇挑战。据彭博社报道，剑桥大学的一份研究报告显示，该大学的一个团队及其来自奥地利的同仁找到了一种制造铁-镍(tetrataenite)的新方法，可能替代稀土磁铁。如果生产过程被证实具有商业化可行性，那么这可能会削弱中国在稀土市场的主导位置。目前，中国占全球稀土供应的逾80%。研究人员发现，通过添加常见元素磷，有可能规模化的生产铁-镍。他们说，以前在实验室里制造铁-镍依赖的方法不切合实际情况。研究人员希望与主要磁铁制造商合作，以确定铁-镍是否可能适合作为高性能磁铁。负责该研究的剑桥大学材料科学与冶金系的格里尔（LindsayGreer）在报道中写道：“其他地方也有稀土矿藏，但开采活动具有高度破坏性：必须从大量材料中才能提取出少量稀土，在环境影响和对中国的严重依赖之间，亟待寻找到不需要稀土的替代材料。”美国总统拜登今年早些时候支持提高关键材料的产量，而欧盟的外交部门本月宣布，欧盟应将供应链从中国向外多元化，包括稀土金属。2019年，中国警告可能会削减稀土出口以在美中贸易战中反击。发布：2022年10月25日8:46AM

超导研究的新时代 - 科学家们发现"Goldilocks"材料

超导研究的新时代-科学家们发现"Goldilocks"材料这些超导体的基础在于镍，促使许多科学家将这一时期的超导研究称为"镍时代"。在许多方面，镍酸盐与铜酸盐相似，后者是在20世纪80年代发现的，以铜为基础。但是现在，一类新的材料正在发挥作用：在维也纳大学和日本的大学之间的合作中，有可能在计算机上比以前更精确地模拟各种材料的行为。科学家发现了"Goldilocks区"，在这个区里，超导性工作得特别好。而这个区域既不是用镍也不是用铜，而是用钯来达到。这可能为超导研究带来一个新的"钯金时代"。这些结果现在已经发表在科学杂志《物理评论快报》上。寻找更高的过渡温度在高温下，超导体的行为与其他导电材料非常相似。但是当它们被冷却到某个"临界温度"以下时，它们就会发生巨大的变化：它们的电阻完全消失，突然间它们可以毫无损失地导电。材料在超导和正常导电状态之间变化的这一极限，被称为"临界温度"。"我们现在已经能够计算出整个系列材料的这个"临界温度"。通过我们在高性能计算机上的建模，我们能够高度准确地预测镍酸盐超导的相图，正如后来的实验所显示的那样，"来自维也纳大学固体物理研究所的KarstenHeld教授说。许多材料只有在绝对零度以上（-273.15°C）才会成为超导体，而其他材料即使在更高的温度下也能保持其超导特性。一种在正常室温和正常大气压力下仍然保持超导性的超导体将从根本上改变我们产生、运输和使用电力的方式。然而，这样一种材料还没有被发现。尽管如此，高温超导体，包括那些杯状物类的超导体，在技术方面发挥着重要作用--例如，在传输大电流或产生极强的磁场方面。铜？镍？还是钯？寻找最佳的超导材料是很困难的：有许多不同的化学元素会出现问题。可以把它们放在不同的结构中，可以添加其他元素的微小痕迹来优化超导性。KarstenHeld教授说："为了找到合适的候选材料，你必须在量子物理学层面上了解电子在材料中如何相互作用。"这表明，电子的相互作用强度有一个最佳值。相互作用必须是强的，但也不能太强。在这两者之间有一个"黄金地带"，使其有可能达到最高的过渡温度。钯酸盐是最佳解决方案这个中等相互作用的黄金区域既不能用铜酸盐也不能用镍酸盐来达到--但人们可以用一种新型的材料来击中靶心：所谓的钯酸盐。"钯在周期表中直接比镍低一行。属性相似，但那里的电子平均离原子核和彼此更远一些，所以电子相互作用更弱，"卡斯滕-海德说。该模型计算显示了如何实现钯数据的最佳过渡温度。"计算结果是非常有希望的，"卡斯滕-赫尔德说。"我们希望，我们现在可以利用它们来启动实验研究。如果我们有一个全新的、额外的钯类材料可用来更好地理解超导性，并创造出更好的超导体，这可能会使整个研究领域向前发展。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356697.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356697.htm

中国科学家团队最新研究发现铁电材料中的 “奇点”

中国科学家团队最新研究发现铁电材料中的“奇点”记者5月18日从中国科学院获悉，中国科学院物理研究所马秀良研究员、中国科学院金属研究所王宇佳研究员、广东松山湖材料实验室冯燕朋副研究员等组成的研究团队，最新在铁电材料中研究发现极化“布洛赫点”(Blochpoint)，它是矢量场中的“奇点”，其周围的矢量朝向空间中的各个方向。研究团队表示，该项研究工作进一步完善了通过失配应变调控铁电材料畴结构的重要性和有效性，揭示极化体系中的电偶极子在一定条件下可以形成类似特殊凝聚结构的准粒子，丰富了极化拓扑畴结构家族，对探索基于铁电材料的高密度非易失性信息存储器件具有重要意义。（中新网）

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备二维过渡金属碲化物材料是一类新兴的二维材料，由碲原子（Te）和过渡金属原子（如钼、钨、铌等）组成，其微观结构类似于“三明治”，过渡金属原子被上下两层的碲原子“夹”住，形成层状二维材料。因具有奇特的超导、磁性、催化活性等物理和化学性质，二维过渡金属碲化物材料在量子通讯、催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力，受到了国际学术界的广泛关注。科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备（中国科学院大连化学物理研究所供图）“比如，二维过渡金属碲化物具有高导电性和大比表面积，可作为高性能超级电容器和电池的电极材料；同时二维过渡金属碲化物纳米片表面具有丰富可调的活性位点，可用作制备绿氢和双氧水的电催化剂，提高催化剂的选择性、效率和性能；此外，该材料还展现出特有的量子现象，如超导和巨磁电阻等，可作为下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件的材料。”论文共同通讯作者、中国科学院大连化物所研究员吴忠帅解释。然而，目前该材料还无法实现高质量的批量制备，阻碍了其实际应用。二维过渡金属碲化物材料一般采用“自上而下”的制备方法，如同拆解积木，通过机械力或化学作用方式将其一层一层剥离下来，从而制备出单层的二维纳米片。常用的“自上而下”方法有化学插层剥离法、球磨法、胶带剥离法、液相超声法等，其中化学插层剥离法的剥离效率虽然最高，但剥离仍需要数小时。批量化可控制备二维过渡金属碲化物纳米片（中国科学院大连化学物理研究所供图）科学家们大多采用有机锂试剂作为插层剂，即将含有锂离子的插层剂插入块体层状结构材料的片层中，并利用锂和水的反应使插层剂“膨胀”，在每一层间形成一个“气压柱”，将叠在一起的纳米片层层“撑开”，就如同使用了一把“化学刮刀”一层一层地将纳米片“刮”下来，这种层间的气体膨胀作用力远大于机械剥离力，可以提高剥离效率。“但是，有机锂是一种易燃易爆的液体试剂，具有很大的安全隐患。因此，实现安全、高效的化学剥离成为科学家努力的目标。”吴忠帅说。此次，科研人员创新性地采用固相化学插层剥离方法，筛选出了一种固相插层试剂——硼氢化锂。硼氢化锂具有强还原性质，在干燥空气中稳定，可用于高温固相插锂反应，解决了插层反应速度慢的问题，从而实现了安全、高效、快速的插层剥离。整个插层剥离过程只需10分钟，可批量制备出百克级（108克）碲化铌纳米片，与液相化学插层剥离法制备量均小于1克相比，此方法的产量提升了两个数量级。值得关注的是，科研人员还利用此方法制备出了五种不同过渡金属的二维过渡金属碲化物纳米片和十二种合金化合物纳米片，证明这种方法具有普适性。“该方法简单、快速、高效，对二维材料的宏量制备具有普适意义。”《自然》审稿人对该方法给予了高度评价。吴忠帅表示，利用该方法制备出的二维过渡金属碲化物纳米片的溶液和粉体具有良好的加工性能，可以作为各种功能性浆料，实现薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件、光刻器件的高效和定制化加工等，有望在高性能量子器件、柔性电子、微型超级电容器、电池、催化、电磁屏蔽、复合材料等方向发挥重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426195.htm