迪士尼彩乐园会员注册 中国后生学者一作兼通信！3D打印，最新Science！
发布日期：2024-12-03 14:58 点击次数：114
热电冷却器（TEC），也称帕尔贴冷却器，是一种固态建树，通过电流初始热量变嫌，具备精确的温度逼迫，且体积小、无杂音、免疗养，不依赖无益液体或气体，适用于袖珍电子建树和可衣裳温控服装。但其低着力、冷却智力有限、制造复杂、材料本钱高级问题限制了应用。TEC性能取决于热电材料的ZT值，受塞贝克所有这个词、电导率和导热率影响。尽管优化ZT的征询广阔，但高性能材料制造每每耗时、难限度化，如单晶孕育和等离子烧结。连年来，3D打印成为新兴制造表情，可径直成型，擢升坐蓐着力。部分征询已收效打印并烧结刚性3D热电材料，但ZT值仍低于传统材料，主要因晶粒间赓续不良。此外，3D打印材料若何集成到冷却建树仍是挑战，关节在于材料优化和建树工程设想的破碎。
在此，奥地利科学技巧征询所Maria Ibáñez教化和Shengduo Xu博士接纳基于挤出的3D打印技巧来制造高性能热电材料，以莽撞面前边临的挑战。作家的墨水配方确保了在烧结经过中3D打印结构的好意思满性，并收场了灵验的颗粒聚合。通过这种顺次，作家收效制备了p型碲化铋锑（(Bi,Sb)₂Te₃）材料，其热电优值（ZT值）达到了创记录的1.42，同期n型硒化银（Ag₂Se）材料在室温下的ZT值也达到了1.3。所制备的热电器件在空气中收场了50°C的冷却温度梯度。此外，这种可推广且本钱效益高的顺次幸免了传统制造经过中动力密集型和耗时的要领，如铸锭制备和后续加工。这为热电建树的坐蓐提供了一种变革性的处理有蓄意，并预示着高效且可捏续的热电技巧新期间的到来。赓续扫尾以“Interfacial bonding enhances thermoelectric cooling in 3D-printed materials”为题发表在《Science》上，一作兼通信是Shengduo Xu博士。
作家开拓了一种墨水制剂，在3D打印经过中确保结构好意思满，并在烧结时促进晶粒间采集的变成，使材料具有讲究赓续。扫尾标明，所制备的P型（Bi，Sb）₂Te₃和N型Ag₂Se热电材料在室温下的ZT值分手达到1.42和1.3，是当今报谈的最高值之一（图1A）。哄骗这些打印的P型和N型材料，作家拼装了一个TEC安设，在空气中测试时，热侧固定在30°C，施加0.15A电流，可收场50°C的最大温差（ΔT），COP值达到3.8（图1B）。这些性能参数已接近起原进建树的水平（图1）。本征询解释了3D打印在制造高性能TEC方面的后劲，提供了一种本钱效益高、可推广的处理有蓄意，同期幸免了传统制造中高温合成、压力接济烧结、切割等耗能、低效工艺，并最猛进程减少了材料猝然。
图1：合成经过和性能
印刷材料的热电特质
为了收场存效的室温应用，Bi0.5Sb1.5Te3和Ag2Se分手被详情为P型和N型热电材料。为了哄骗这些材料，设想了包含固体颗粒的胶体悬浮液墨水，通过优化墨水要素和浓度，确保其具有低失掉切线（TANδ）值和高屈服应力，以保证打印结构的好意思满性。率先，作家打印了不同尺寸的矩形样品（图1a），评估不同印刷主见下的材料特质并详情最好墨水配方。接着，作家打印了直径约1毫米、高度为0.8毫米的救助结构（图1b）用于制造热电组件。打印完成后，需通过烧结去除液体介质并固定颗粒，变成连气儿的材料采集以便电荷载流体传输。关于N型材料，Ag2Se颗粒与甘油按1：2的比例搀杂，变成的墨水表显露优异的可打印性，这种粘弹性源自Ag2Se颗粒之间的静电相互作用（图2e）。Ag2Se的热电性能表显露较高的霍尔载流子迁徙率和电导率（图2e），迪士尼彩乐园3网站材料的孔隙率约50%，热电优值（ZT）为1.32（图1a）。关于P型材料，作家通过将Bi0.5Sb1.5Te3粉末与无机固体粘合剂搀杂，制备了（Bi，Sb）2Te3墨水。打印后的材料表显露与近似构成的密集锭商量的微不雅结构特征，具有较好的热电性能和各向同性特质。
图2：印刷AG2SE的多孔微不雅结构和热电性能
创建界面粘合采集
尽管Ag2Se和BST-B-ST颗粒的孔隙率约为50%，但它们仍进展出色。灵验的培养基表面标明，孔隙的存在使得电导率（σ）镌汰，但也减缓了热导率（κ）的下落，从而导致了热电优值的相反。多孔材料的性能每每较差，因为孔隙导致材料连气儿性禁止，使得电导率下落得更权贵。通过检查电荷载体迁徙率和热导率之间的均衡，不错评估材料性能的量度。与其紧密的近似材料比较，这些印刷颗粒的电荷载体迁徙率和热导率均衡相配好（图2、图3）。关于Ag2Se材料，在烧结经过中温度约为133°C时，材料的相变有助于晶粒间的互键合，促进了讲究的电荷传输（图2A）。而BST则每每需要压力接济烧结，但在3D打印材料中，作家通过使用粘结剂和无机材料，绕过了这仍是过，变成了热交融的颗粒，促进了电荷传输（图3D）。尽管烧结后的材料高度多孔，镌汰的热导率来自声子散射和孔隙的热绝缘特质。通过EMT表面和高分辨率传输电子显微镜分析，作家发现孔隙界面影响了热导率，并通过Debye-Callaway模子与履行数据赢得了很好的拟合。这些分析匡助作家理会了孔隙率对材料热导率的影响。
赛季至今，森林狼以15胜14负的战绩排名西部第九。
图3:通过在晶粒之间变成界面粘合，改善了BST-B-ST的热电性能
应用印刷材料进行积寒冬却
使用优化后的BST-B-ST和Ag2Se油墨，作家收效打印了P型和N型救助，并将它们拼装成TEC建树，构建了32倍的安设。为了匹配电阻，作家选拔了0.8mm长和1mm直径的救助，并通过调度打印参数来逼迫救助的尺寸。印刷的救助顶部接纳编程的刮擦顺次进行平整，确保了光滑的名义以促进焊合。与电极的电子战斗通过挥发0.5μm厚的铂层到热电腿的荆棘名义来完成，并使用BICH焊合糊剂减少战斗电阻。制造的TEC在热名义和冷名义之间产生了50°C的最大冷却温差（ΔTmax），且在室温下莫得加热负荷（图4B）。加多加热负荷后，冷却温度安详升高，最大冷却通量密度为0.87 W·cm-2（图4C），跟着温差加多，冷却通量安详减小，表露了冷却温度和冷却通量之间的量度。为了考证建树的实质应用，作家进行了连气儿7天和200个冷却周期的测试，扫尾标明冷却温度保捏恬逸（图4D和E）。这些扫尾解释了建树的可靠性和恬逸性。
图4：3D打印TEC的冷却性能和恬逸性
小结
作家展示了一种使用3D打印材料制造高性能TEC的可再现和可推广顺次。通过基于挤出的3D打印技巧，收效准备了适用于室温的N型AG2SE和P型（Bi，Sb）2Te3热电材料，具有高达1.3的ZT值。关节在于优化墨水配方，促进材料在去除液体介质经过中颗粒间的界面键合，从而使多孔材料展现出优异的热电性能。此外，作家将这些印刷材料集成到32对TEC建树中，具备与起原进建树终点的冷却智力。作家的更动顺次不仅擢升了热电技巧的ZT值和冷却性能，还为3D打印半导体颗粒的墨水配方开拓提供了新的念念路。通过识别能在不改变材料构成的情况下收场原子颗粒赓续的粘合剂，作家概况保留并改善蓄意半导体的功能特质。这些进展使得3D打印技巧愈加具有可行性，成为传统制造顺次的可捏续且高效的替代有蓄意。
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作家个东谈主不雅点，作家水平有限，如有不科学之处，请鄙人方留言指正！
上一篇：迪士尼彩乐园3入口 立春后，遭受这5种蔬菜别手软，都是应季簇新菜，价钱低廉养分高
下一篇：没有了