中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所：有機(jī)熱電研究方面取得系列進(jìn)展

【成果簡(jiǎn)介】

在有機(jī)熱電材料體系的研究中，n型材料的開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期面臨體系少、性能低和摻雜困難等難題。在科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的支持下，有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室的科研人員結(jié)合前期高遷移率有機(jī)半導(dǎo)體的研究、熱電性質(zhì)的場(chǎng)調(diào)控和鉍金屬界面化學(xué)摻雜，成功發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了TDPPQ是一類(lèi)高性能n型有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10672）。zui近，他們進(jìn)一步結(jié)合熱電性質(zhì)的場(chǎng)調(diào)控和化學(xué)摻雜調(diào)控，成功發(fā)現(xiàn)了新型的更高性能n型有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料（A-DCV-DPPTT）。該類(lèi)材料的薄膜在化學(xué)摻雜后的zui高熱電優(yōu)值突破0.2，是n型有機(jī)小分子熱電材料的*性能。更為重要的是，他們和北京師范大學(xué)的科研人員密切合作，結(jié)合理論計(jì)算系統(tǒng)闡述了該類(lèi)材料熱電性能的共軛骨架效應(yīng)與摻雜機(jī)制，為新型有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的設(shè)計(jì)提供了新途徑和重要的參考依據(jù)。相關(guān)結(jié)果近期以題為“Conjugated-Backbone Effect of Organic Small Molecules for n-Type Thermoelectric Materials with ZT over 0.2”發(fā)表Journal of the American Chemical Society上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 高性能有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的骨架效應(yīng)研

究示意圖

圖2 性能表征

旋涂A-DCV-DPPTT（a-d）和Q-DCM-DPPTT（e-h）膜的AFM圖像，（a，e）混合了0％N-DMBI，（b，f）混合了1 wt％N-DMBI，（c，g）混合了5 wt％N-DMBI和（d，h）混合了10 wt％N-DMBI。

有機(jī)半導(dǎo)體*的電子結(jié)構(gòu)與分子堆積特性賦予其豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，在電荷傳輸和能量轉(zhuǎn)換器件中有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，有機(jī)半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)研究開(kāi)始起步，逐漸發(fā)展成為重要的前沿研究方向。盡管相關(guān)研究有望為有機(jī)半導(dǎo)體的功能性質(zhì)與應(yīng)用研究帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，但人們?cè)谟袡C(jī)熱電材料和器件的諸多方面都缺乏基本認(rèn)知，限制了領(lǐng)域的快速發(fā)展（Natl. Sci. Rev. 2016, 3, 269. Nat. Commun. 2015, 6, 8356）。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員一直致力于有機(jī)熱電材料與器件的研究。在前期工作中，他們針對(duì)發(fā)展高性能有機(jī)熱電材料這一領(lǐng)域性難題，系統(tǒng)開(kāi)展了高遷移率有機(jī)半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)場(chǎng)調(diào)控研究。從實(shí)驗(yàn)上證明有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以作為有機(jī)半導(dǎo)體熱電性質(zhì)的場(chǎng)調(diào)控平臺(tái)，獲得相關(guān)參數(shù)的制約關(guān)系并推測(cè)性能優(yōu)化條件，為有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的遴選提供了新思路（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3004）。

我們?yōu)槟闾峁?span style="color:red">材料表征測(cè)量的一系列產(chǎn)品：

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*表征：壓電材料d33測(cè)量?jī)x

1、ZJ-3型壓電測(cè)量?jī)x

2、ZJ-4型d33測(cè)量?jī)x

3、ZJ-5型積層壓電測(cè)試儀

4、ZJ-6型靜壓電d33/d31/d15測(cè)量?jī)x

5、ZJ-7型高溫壓電測(cè)試儀

★壓電極化裝置

1、PZT-JH10/4壓電極化裝置（10KV以下壓電陶瓷同時(shí)極化1-4片）

2、PZT-JH10/8壓電極化裝置（10KV以下壓電陶瓷同時(shí)極化1-8片）

3、PZT-JH20/8高壓電極化裝置（20KV以下壓電陶瓷同時(shí)極化1-8片）

4、PZT-FJH20  /3高壓真空，空氣極化裝置（20KV以下壓電陶瓷及壓電薄膜1-3片試樣）

• 壓電制樣裝置

1. ZJ-D33-YP15壓電陶瓷壓片機(jī)（壓力范圍: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T2
2. ZJ-D33-SYP30電動(dòng)型壓電陶瓷壓片機(jī)（壓力范圍: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T）

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第二表征  鐵電材料測(cè)量系統(tǒng)及電滯回線測(cè)量系統(tǒng)

1、ZT-4C型綜合鐵電測(cè)量系統(tǒng)

2、JKZT-10A鐵電材料綜合參數(shù)測(cè)試儀

3、JKGT-G300高溫鐵電材料測(cè)量系統(tǒng)

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第三表征   熱電材料分析測(cè)量系統(tǒng)及塞貝克系數(shù)測(cè)試儀

1、BKTEM-Dx熱電性能分析系統(tǒng)

2、BKTEM-Dx熱電器件性能分析系統(tǒng)

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第四表征 介電材料測(cè)試系統(tǒng)

1. 常溫介電測(cè)量系統(tǒng)，常溫介電材料測(cè)試儀
2. 高溫介電測(cè)量系統(tǒng)，高溫介電材料測(cè)試裝置

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第四表征磁性材料測(cè)試系統(tǒng)