高性能低成本硒化锡热电材料研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51571007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0110.金属生物与仿生材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Thermoelectric materials have attracted ever-increasing attention in the new energy and technology field, the trend to explore new thermoelectric materials will be focused on the environmental-friendly, low-cost and earth-abundant materials. PbTe-based compounds show the outstanding performance and have been extensively studied in the thermoelectric community. To explore Pb-free and Te-free thermoelectric materials, low-cost and earth-abundant SnSe compound is selected in this study and aim at achieving high-performance over a broad temperature plateau. The Bridgeman method will be applied to grow high-quality SnSe single crystals, after that the ratio of Sn and Se will be optimized through investigating electrical transport properties. The Pb and Te substitutions on Sn and Se sites will be respectively carried out to remove the phase transition of SnSe at about 800K. To enhance the electrical transport properties over a broad temperature range, several approaches would be carried out, including optimizing carrier concentrations through doping, enhancing room temperature and high temperature effective masses and Seebeck coefficients though valence bands convergence and DOS distortion via hierarchical compositionally alloyed elements, respectively. At last, the low-cost and high-performance SnSe single crystals would be expected to achieve.
热电材料在新能源技术领域有着重要的应用,综合考虑资源和环境问题进行新型热电材料体系的研究将是未来该领域的研究趋势。PbTe基材料具有良好的热电性能而受到广泛关注,本课题基于开发不含有Pb且取代Te的新型热电材料,选定廉价和环境友好的SnSe化合物,旨在研发宽温区范围内具有高性能的热电材料。在采用布里奇曼法制备高质量SnSe单晶的基础上,研究Sn/Se最优的化学成分比,并观察Sn和Se被分别取代和同时取代后的相变点变化。重点研究通过掺杂改性优化SnSe载流子浓度,并通过元素合金化引起态密度共振和促进带结构合并分别提高室温和高温有效质量和Seebeck系数,从而提高整个温度范围内的电传输性能,最终研发出低成本且环境友好的新型高效热电材料。

结项摘要

热电材料在新能源技术领域有着重要的应用,综合考虑资源和环境问题进行新型热电材料体系的研究将是未来该领域的研究趋势。PbTe基材料具有良好的热电性能而受到广泛关注,本课题基于开发不含有Pb且取代Te的新型热电材料,选定廉价和环境友好的SnSe化合物,旨在研发宽温区范围内具有高性能的热电材料。在项目研究过程中,取得以下重要研究进展:基于硒化锡的多价带结构,通过调控费米能级揭示了多价带协同参与的电传输机制,大幅提高了热电转换效率;发现并利用硒化锡的层间最低热传导特性,通过电子掺杂促进离域电子杂化进而实现了层间电子隧穿,该“二维声子/三维电荷”传输特点大幅提高了热电性能;发现并利用硫化锡的多个能带随着温度的演变规律,通过引入Se优化实现了有效质量和迁移率的协同调控,在储量丰富、成本低廉、环境友好的硫化锡晶体材料中实现了高热电性能。我们的研究结果表明SnSe是一种低成本且环境友好的新型高效热电材料。在此项目的支持下,我们发表了SCI论文43篇,其中Science 3篇。授权1项美国专利,1项国家专利,申请发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High performance thermoelectrics from earth-abundant materials: Enhanced figure of merit in PbS through nanostructuring grain size
来自地球丰富材料的高性能热电材料:通过纳米结构晶粒尺寸提高 PbS 的品质因数
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2015.10.052
  • 发表时间:
    2016-04-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Chang, Cheng;Xiao, Yu;Zhao, Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao, Li-Dong
Enhancing thermoelectric performance of n-type PbSe via additional meso-scale phonon scattering
通过额外的介观声子散射增强 n 型 PbSe 的热电性能
  • DOI:
    10.1039/c7qi00051k
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    INORGANIC CHEMISTRY FRONTIERS
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Qian, Xin;Zheng, Lei;Zhao, Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao, Li-Dong
Excellent ZT achieved in Cu(1.)8S thermoelectric alloys through introducing rare-earth trichlorides
通过引入稀土三氯化物在 Cu(1.)8S 热电合金中实现优异的 ZT
  • DOI:
    10.1039/c8ta03195a
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Ge Zhen-Hua;Zhang Yi-Xin;Song Dongsheng;Chong Xiaoyu;Qin Peng;Zheng Fengshan;Feng Jing;Zhao Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao Li-Dong
Synergistically optimizing interdependent thermoelectric parameters of n-type PbSe through alloying CdSe
通过合金化 CdSe 协同优化 n 型 PbSe 的相互依赖的热电参数
  • DOI:
    10.1039/c8ee03386b
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Qian, Xin;Wu, Haijun;Zhao, Li-Dong
  • 通讯作者:
    Zhao, Li-Dong
Thermoelectric transport properties of rock-salt SnSe: first-principles investigation
岩盐 SnSe 的热电输运特性:第一性原理研究
  • DOI:
    10.1039/c8tc01314d
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wang Dongyang;He Wenke;Chang Cheng;Wang Guangtao;Wang Jinfeng;Zhao Li Dong
  • 通讯作者:
    Zhao Li Dong

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  • 通讯作者:
    王秋菊

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赵立东的其他基金

高性能N型PbSnS2基热电材料研究
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    52371208
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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