拉伸流变技术制备聚乙烯/聚吡咯@康铜热电复合材料的经济型制冷新策略

《Science China-Materials》：Economical approach to thermoelectric cooling: development of conductive polyethylene/polypyrrole@constantan composite using extensional rheological technology

本研究针对热电材料商业化应用成本高的难题，开发了一种基于自主拉伸流变技术的高效制备方法。研究人员成功在Ni0.49Cu0.59表面生长聚吡咯，并使其在聚乙烯(PE)基体中均匀分散形成连续导电网络。所得PE/Ppy@Ni0.49Cu0.59复合材料在25°C时电导率达1699.8 S cm?1，热导率为13.9 W m?1 K?1，热电优值(ZT)为0.16。结合方波脉冲电流与隔热系统优化，器件最终实现1.6°C的温降，为低成本规模化热电制冷提供了新途径。

　　

通过开发经济高效的工艺来制造具有优异热电优值（Figure of Merit, ZT）的材料，对拓展热电制冷的商业化应用至关重要。本研究采用独创的拉伸流变（Extensional Rheological）技术，成功制备了高质量热电冷却材料。研究人员先将吡咯（Pyrrole）单体在镍铜合金（Ni_0.49Cu_0.59）表面聚合生长，随后在拉伸流场作用下使其均匀分散于聚乙烯（Polyethylene, PE）基体中，从而构建出连续的导电网络。这种聚乙烯/聚吡咯@康铜（PE/Ppy@Ni_0.49Cu_0.59）复合材料在25°C时表现出卓越的性能：电导率高达1699.8 S cm^?1，热导率为13.9 W m^?1 K^?1，热电优值（ZT）达到0.16。

当将该材料与聚乙烯/聚吡咯@铁（PE/Ppy@iron）复合物集成构建成热电装置后，在30伏特/0.3安培的直流电激励下，观测到了0.4°C的降温效果。为了进一步提升性能，研究团队应用了方波脉冲电流，这一策略有效将热电冷却效率稳定在其最佳水平。此外，通过实施定制设计的隔热系统，显著减少了向周围环境散失的寄生热损耗。综合这些工程优化措施，最终实现了总计1.6°C的温度降低。这项研究为制备热电材料提供了一条有效路径，并有望推动低成本、大规模热电制冷技术的商业化进程。