基于高纯碳纳米管不连续网络结构的热电参数去耦研究与热电模块构筑新策略

Thermoelectric technique is very important and valuable in many application fields. Developing low cost and high efficient organic thermoelectric generators (OTEGs) is one of the hot topics in the thermoelectric field. Currently, the poor thermoelectric performance of organic materials inhibits the commercial application of OTEGs. The main reason for the lack of effective methods to improve the thermoelectric performance is that the three key thermoelectric parameters are strongly correlated. The applicant proposes a strategy of tuning the charge carrier transfer in micro scales in order to control the thermoelectric performance of bulk materials. According to the heat transfer principles under micro scales, non-percolated carbon nanotube networks will be constructed to decouple the three key parameters. High thermoelectric performance semiconducting carbon nanotubes with high purity will be used in the composites to improve the thermoelectric performance to 0.8-1, reaching the basic requirement of commercial applications. This project will develop effective methods to improve the thermoelectric performance of organic materials and the thermoelectric efficiency of OTEGs, which will also provide new strategies for designing high integration level OTEGs with a high thermoelectric efficiency.

热电能量转换技术具有广泛的应用价值和巨大的市场经济价值。基于有机材料的低成本、高效率的热电发电器件的开发是热电领域的研究热点之一。有机热电发电器件的性能取决于材料的热电性能。目前，有机材料的热电性能低，是有机热电器件无法商业化的主要原因。其中的关键因素是有机材料中的三个主要热电参数间强烈相互耦合、相互制约，导致缺乏大幅度提高材料热电性能的有效方法和思路。本项目针对这一挑战性问题，提出调控微观载流子传输以调控宏观材料热电性能的学术思路，利用微纳尺度热传导规律，构筑不连续碳纳米管网络结构，以对有机热电材料三个主要参数去耦合。另外，拟采用高热电性能的高纯度的半导体型碳纳米管来制备复合材料，提升有机材料热电性能到0.8-1，初步满足商业化应用的要求。本项目将为提高有机材料热电性能提供有效方法和思路，提升有机热电发电器件的热电能量转换效率，并为制备高集成度、高转化效率的有机热电器件提供新思路。

热电能量转换技术在绿色能源、国防、空间科学等领域具有重要的应用价值，是新能源技术领域国际上的竞争焦点之一。热电能量转换技术是利用半导体材料的塞贝克效应（Seebeck effect）实现热能与电能之间直接转化的新能源技术。热电发电器件是热电能量转换技术的核心，它具有无任何机械转动部分，工作无噪声，无液态或气态介质，不存在环境污染问题，且器件使用寿命长。因此，它可以方便的与各种热源联用，不需要长期维护。在军事、外太空领域及工厂余热、汽车尾气废热、人体体热等低密度热能回收利用方面，具有广泛的应用前景和不可估量的经济价值。热电能量转换技术是国际上新能源技术领域的竞争焦点之一，也是我国节能环保领域的重大需求。.有机热电材料具有价格便宜，以大规模制备，毒性小、柔性等优点，因而基于有机材料的低成本、高效率的热电发电器件能和曲面热源很好的贴合以提高热能的转化率，所以是热电领域的研究热点之一。然而有机热电发电器件的性能取决于材料的热电性能。目前，有机材料的热电性能低，是有机热电器件无法商业化的主要原因。本项目提出利用提出调控微观载流子传输以调控宏观材料热电性能的学术思路，利用微纳尺度热传导规律，构筑不连续碳纳米管网络结构，以对有机热电材料三个主要参数去耦合，实现了有机材料热电性能的显著提升，为高性能有机材料的制备提供有效方法和思路，并为提升有机热电发电器件的热电能量转换效率，并为制备高集成度、高转化效率的有机热电器件提供了实验支撑和理论基础。