大阪大學利用透明納米線增加熱電轉換髮電量

日本大阪大學的研發小組將經過表面處理的氧化鋅（ZnO）納米線嵌入到薄膜中，在保持材料透明性的同時成功將熱電轉換輸出因子增大了3倍，並降低了熱導率。

將廢熱轉換成電能的熱電材料，以前都採用昂貴且有毒的重元素材料，因此很難投入實際使用。

此次，大阪大學的研發小組著眼於價格低廉且無毒的氧化鋅，全球首次開發出了將氧化鋅納米線導入氧化鋅薄膜中的獨特納米構造。通過控制納米線界面的能障，可增大熱電轉換輸出因子，另外，還通過納米線界面的聲子散射，成功降低了熱導率。

由此有望實現採用氧化鋅的高性能透明熱電材料。氧化鋅是一種常見的化學材料，在可見光區域呈透明狀，而且環境協調性高。生活中隨處可見的窗玻璃及透明電子元件，如果這些材料能把獲得的熱能轉換成電能，那麼社會利用價值便可進一步提高。

通過增加氧化鋅薄膜中嵌入的氧化鋅納米線的面密度，有望進一步降低熱導率。由於僅使用了價格廉價、無毒、環保的氧化鋅，只要能進一步提高性能，便可容易地投入實際應用。而且，「通過控制摻雜濃度操作界面能障」的概念不僅僅適用於氧化鋅等特定材料，還有望應用於其他材料。所以該技術有望加快熱電材料的開發速度。

相關研究論文於2018年10月10日在美國科學雜誌《ACS Applied Materials & Interfaces》上公開。

圖1：嵌入氧化鋅納米線的薄膜截面掃描電鏡圖像。

將直徑約為100nm的氧化鋅納米線嵌入到了薄膜中。

在透明材料中，使低能電子和聲子在納米線界面散射並選擇性地通過高能電子，由此增大熱電轉換輸出因子和降低熱導率。

圖3：通過嵌入氧化鋅納米線增大熱電轉換輸出因子。

通過嵌入氧化鋅納米線，將熱電轉換輸出因子增大3倍。

圖4：採用氧化鋅納米線的透明熱電材料

確認薄膜中嵌入氧化鋅納米線的結構在可見光區域的透明性。

文 JST客觀日本編輯部

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