银纳米颗粒激发了发电热电的关键进展

在过去的二十年中，已经发现了几种高性能热电材料，但是如果没有有效的设备将其产生的能量转换为零排放的电力，它们的承诺就无法实现。现在，由休斯顿大学物理学家和他以前的几位学生领导的一个国际科学家团队报告了一种构建热电模块的新方法，使用银纳米颗粒连接模块的电极和金属化层。

这项工作在5月1日发表在《自然能源》上的一篇论文中描述，应该会加速用于发电和其他用途的先进模块的开发。银纳米颗粒的使用在由三种不同的最先进的热电材料制成的模块中进行了稳定性测试，这些材料设计用于在广泛的温度范围内工作。

热电材料因其作为清洁能源的潜力而引起越来越多的关注，当材料通过利用从较温暖地区到较冷地区的热流将热量(例如发电厂或其他工业过程产生的废热)转化为电能时产生。但是，利用这种能力需要找到一种材料，可以在电和热上连接材料的热侧和冷侧，而不会干扰材料的性能。

连接材料或焊料被熔化以在两侧之间形成界面。这意味着焊料必须具有比器件工作温度更高的熔点，以便在器件工作时保持稳定，UH德克萨斯超导中心主任，该论文的通讯作者ZhifengRen说。如果热电材料在较热的温度下工作，连接层将重新熔化。

但如果连接材料的熔点太高，也可能是一个问题，因为高温会影响连接过程中热电材料的稳定性和性能。因此，理想的连接材料将具有相对较低的熔点来组装模块，以免破坏热电材料的稳定性，但随后能够承受高工作温度而不会重新熔化。

银对于这种连接材料具有有价值的性能，具有高导热性和高导电性。但它也具有相对较高的熔点，在962摄氏度，这会影响许多热电材料的稳定性。在这项工作中，研究人员利用了银纳米颗粒的熔点比散装银低得多的事实。模块组装后，纳米颗粒恢复到块状状态，重新获得更高的熔点进行操作。

“如果你把银制成纳米颗粒，熔点可能低至400度或500摄氏度，具体取决于颗粒大小。这意味着你可以在600°C或700°C下毫无问题地使用该设备，只要工作温度保持在散装银的熔点以下，即962°C，“任说，他也是医学博士安德森物理学教授在UH。

他与任正非研究小组的五名前学生和博士后研究人员一起参与了该项目;他们现在在中国深圳的哈尔滨工业大学和北京的中国科学院北京凝聚态物理国家实验室。

研究人员用三种众所周知的热电材料测试了银纳米颗粒，每种材料都在不同的温度下工作。

研究人员表示，基于碲的铅模块在约573开尔文至约823K(300C至550C)的低温下工作，产生的热电转换效率约为11%，并且在50次热循环后保持稳定。

他们还使用银纳米颗粒作为使用低温碲化铋和半Heusler高温材料的模块中的连接材料，表明该概念适用于各种热电材料和目的。

Ren说，根据预期的热源使用不同的材料，以确保材料能够承受施加的热量。“但这篇论文证明，无论材料是什么，只要施加的热量不超过960摄氏度，我们就可以使用相同的银纳米颗粒进行焊接，”以保持在散装银的熔点以下，他说。