聚合物电位

聚合物电位

“减少、再利用、再利用”的口号越来越切合实际。每年,大量可以被捕获和再利用的能量都会通过废热损失掉。现在,A*Star的科学家通过理论计算证明,有可能制造出热电有机聚合物,这种聚合物可以高效地将热量转化为电能。

热电(TE)材料的工作原理是对温度差作出反应,诱导电荷载体从材料的热侧流向冷侧。TE材料已经用于制冷和有限的发电。有效的TE材料需要具有高导电性、低导热性和高“seebeck系数”——即材料上每度温差产生的电压。然而,任何一种材料都很难满足所有这些条件,这意味着现有的TE材料效率有限。

“提高Te性能的一个方法是使用掺杂,通过增加电荷载体浓度,在材料中添加某些化学物质来提高其导电性,”领导该团队的A*Star高性能计算研究所的Shuo Wang Yang说。然而,掺杂也会影响材料的稳定性和性能,找到一种有效工作的掺杂剂是具有挑战性的。确定不使用兴奋剂的Te材料可以改变能量收集。”

研究小组把他们的注意力集中在线性骨架配位聚合物上,这种结构含有由配体连接的金属离子,可以在实验室里按照特定的设计制造。这些聚合物比传统的无机Te材料具有许多优点;它们具有柔韧性、低导热性,并且与生物有机物相容。然而,它们的导电率很低,这是杨和同事在理论研究中试图克服的一个挑战。

杨说:“根据第一原理分子动力学和结构优化,我们确定了一种叫做聚(镍-亚乙基四硫代酯)的聚合物和三种相关的类似物,它们显示出固有的金属行为和高导电性。”“这是令人兴奋的,因为它表明这些聚合物是潜在的无掺杂的TE材料。”

研究小组的分析表明,这种金属行为是由于在聚合物结构中硫或硒原子之间形成致密的非键分子相互作用造成的。这些相互作用加强了原子间的作用力,减少了电子带隙,并鼓励电荷流动。

“徐建伟,Kedar Hippalgaonkar和他们在A*Star材料研究与工程研究所的团队现在正在合成这些聚合物,”杨说。这些材料非常有前途,特别是在余热回收和接近环境温度的制冷方面。

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