纳米技术可大幅提升压电/热电材料性能？

【导读】包括在读博士生Ravi Agrawal在内的西北大学压电研究人员表示，通过将纳米氮化镓(GaN，一种III-V族半导体)，以及氧化锌(ZnO，一种II-VI半导体)纳米线缩小到2.4nm以下，从运动产生的能量系数可分别提升20倍和100倍。他们还运用了密度泛函理论(density function theory， DFT)来计算降至0.6nm时的性能范围。

关键字：纳米，压电，热电， 氮化镓， 半导体

在西北大学和波士顿学院的研究小组持续不懈地努力下，先进压电和热电材料的纳米级关键尺寸，在朝向商用化能源采集应用方向迈进的过程中，正历经不断的改良。

由西北大学教授Horacio Espinosa领导的一个研究小组表示，通过将能源采集纳米线缩小到2.4纳米以下，压电系数便可望推升20~100倍。而波士顿学院的研究员Xiao Yan所领导的研究组则声称，热电材料可藉由对其进行5~10纳米颗粒级的热压，从汽车排放获得60%到90%的热能。

包括在读博士生Ravi Agrawal在内的西北大学压电研究人员表示，通过将纳米氮化镓(GaN，一种III-V族半导体)，以及氧化锌(ZnO，一种II-VI半导体)纳米线缩小到2.4nm以下，从运动产生的能量系数可分别提升20倍和100倍。他们还运用了密度泛函理论(density function theory， DFT)来计算降至0.6nm时的性能范围。

热电材料可藉由对其进行5~10纳米颗粒级的热压，从汽车排放获得60%到90%的热能

“建构纳米发电机、传感器和其他采用更小型纳米线的装置，都将能大幅提高其输出和灵敏度。”Espinosa说。

推升热电系数

同样，波士顿学院与麻省理工学院(MIT)、克莱姆森大学(Clemson University)，以及维吉尼亚大学(University of Virginia)合作的研究团队则声称，通过首次将热电材料球磨到10nm颗粒等级，热电系数的质量指标(figure-of-merit)可提升到60~90%左右，之后还能加热使其结合在一起。如此一来，p-type的helf-Heusler热电半导体可获得所有今天被浪费的能源，并将它转换为电能。

“helf-Heuslers可能会被广泛用于汽车排放系统中，它能实现‘无废气浪费’的目标，而且能进行转换为电能。”Yan说，“我们的工作有助于half-Heuslers在汽车排放系统和其他发电系统中成为更具竞争力的候选技术。”

Yan曾与波士顿学院教授Zhifeng Ren，以及麻省理工学院的Gang Chen教授合作，他表示，磨削和冲压方法在商业上是可行的。

“这是一个可通过更经济方式提高热电材料性能的大好机会。”Ren说，“我们的方法不仅成本低，还可实现大规模量产。”