更好的热电材料指标意味着更好的设计策略

东京都立大学的研究人员表明，称为热电导率的量是衡量新开发的热电纳米材料维度的有效量度。研究半导体单壁碳纳米管薄膜和硫化钼和石墨烯原子薄片，他们发现这个数字如何随电导率变化有明显的区别，与一维和二维材料的理论预测一致。这样的指标有望为热电材料提供更好的设计策略。

热电器件利用不同材料之间的温差并产生电能. 最简单的例子是两条不同的金属条在两端焊接在一起形成一个环;在保持另一个结点冷却的同时加热其中一个结点会产生电流。这称为塞贝克效应。它的潜在应用有望有效利用日常生活中作为耗散热量而浪费的大量电力，无论是电力传输、工业废气，甚至是体热。1993 年，有理论认为原子级薄的一维材料将具有创建高效热电设备所需的理想特性组合。由此产生的搜索导致应用纳米材料，如半导体单壁碳纳米管 (SWCNT)。

然而，有一个持续存在的问题阻碍了新设计和系统的准确表征。热电器件的关键特性是热导率、电导率和塞贝克系数，后者是对给定温差在不同材料之间的界面处产生多少电压的度量。随着材料科学进入纳米技术时代，这些数字不足以表达正在创造的新纳米材料的关键特性：材料的“维度”，或者材料的 1D、2D 或 3D 行为方式. 如果没有可靠、明确的度量标准，就很难讨论，更不用说优化新材料了，尤其是它们的结构维度如何提高热电性能。

为了解决这个难题，由东京都立大学的 Kazuhiro Yanagi 教授领导的团队着手探索最近被理论研究标记的新参数，“热电导率”。与塞贝克系数不同，该团队的理论计算证实，该值随 1D、2D 和 3D 系统的电导率增加而变化。他们还通过实验证实了这一点，分别制备了单壁碳纳米管薄膜以及硫化钼和石墨烯的原子薄片，分别是一维和二维的原型材料。测量结果表明，一维材料的热电导率在较高的电导率值下降低，而二维材料的曲线趋于平稳。他们还指出，这表明即使在宏观薄膜中制备材料时，材料的维度也能保持不变，

结合理论计算，该团队得出结论，高热电导率、高常规电导率和低热导率是新器件工程设计的关键目标。他们希望这些可衡量的、有形的目标将为最先进的热电设备的开发带来急需的清晰度和统一性。

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