基于sp2杂化13族金属的二维平面半导体设计及其在柔性热电材料中的应用

《Nano Energy》：Design of Planar 2D Semiconductors Incorporating sp2-Hybridized Group 13 Metals with Boron, Carbon, and Nitrogen

本文报道了一种新型分层核壳纳米线结构Ag2Te@Ag@PEDOT:PSS（ATAPP），通过能量过滤和声子散射机制成功解耦电子/声子传输。该设计在300K时实现0.407W·m-1·K-1的超低热导率和294.53μW·m-1·K-2的高功率因子，ZT值达0.22。制作的柔性热电发电机（FTEG）在5.6K温差下产生1.29mV开路电压，经放大后可驱动4个LED，为可穿戴电子设备提供创新解决方案。

　　

Section snippets

Materials

二氧化碲（TeO₂, 99.99%）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP, K30）购自上海麦克林生化科技有限公司。氢氧化钠（NaOH, 98%, 分析纯）来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。乙二醇、硝酸银（AgNO₃, ≥99.9%）、乙醇（≥99.7%）、L-抗坏血酸和乙酸均为国药集团化学试剂有限公司采购的分析纯试剂。

Results and discussion

柔性热电发电机（FTEGs）通过LED照明提升夜间安全性，并为手表、耳机、健康监测器等便携设备供电潜力巨大。我们开发的分层核壳纳米线材料（ATAPP）由Ag₂Te@PEDOT:PSS和Ag₂Te@Ag@PEDOT:PSS组成，通过银纳米粒子（Ag NPs）表面修饰巧妙分离电子与声子传输路径。如图1b所示，纳米线核壳结构就像"热电高速公路"：Ag₂Te纳米线核心负责电子快车道，Ag NPs岛屿成为电子中转站，而PEDOT:PSS外壳则化身"能量交警"拦截低能电子，同时通过多重界面把声子"绕晕"以降低热导率。

Conclusions

我们成功制备的ATAPP纳米线通过Ag NPs优化载流子传输，PEDOT:PSS壳层实现能量过滤，使电导率达857.7S·cm^-1，Seebeck系数为-58.6μV·K^-1。这种"三明治"结构让材料在保持柔性的同时，热电性能媲美传统刚性材料，为自供能电子皮肤等应用打开新大门。