实现轻到可以漂浮在水面上的热电转换材料；将微观蜂窝玻璃转化为半导体

东北大学材料科学研究所 (AIMR)
东北大学多学科材料科学研究所
山形大学
北海道大学
V体育

演示要点

〇〇一种通过在镁蒸气中加热带有微孔的蜂窝状玻璃来保持其形状的热电转换材料^※1₂成功合成硅半导体。
〇 镁是一种无机材料，但重量轻，足以漂浮在水和有机溶剂上₂实现了Si蜂窝状多孔材料。
〇镁₂通过使硅多孔，我们实现了高导电率和低导热率，这对于提高热电转换效率至关重要。

摘要

提高能源效率和CO₂
　由东北大学先进材料科学研究所Hiroshi Yabu副教授（东北大学特聘研究员）Hiroshi Yabu副教授、东北大学多维材料科学研究所Takahiro Yamada副教授、山形大学Atsushi Matsui教授以及北海道大学和V体育组成的研究小组正在研究被称为热电转换材料的硅化镁（Mg）。₂Si) 我们开发了一种新的蜂窝状多孔材料的合成方法。
获得镁₂虽然硅蜂窝是一种无机材料，但它足够轻，可以漂浮在水或有机溶剂上，并且已经表明，每层蜂窝结构可以将导热率降低11%，同时保持导电性。未来，我们希望通过推进实现高效、轻量化热电转换元件的装置开发，为实现低碳社会做出贡献。
　该结果发表在美国化学会杂志上2020 年 11 月 25 日（东部时间）。

图 1。玻璃（二氧化硅）₂)通过Mg蒸气退火涂覆的聚丁二烯蜂窝体的Mg₂硅蜂窝结构示意图（孔径约为5 µm）

研究内容/结果

迄今为止，该研究小组发现，通过应用塑料聚合物溶液并在高湿度条件下干燥，可以制造出以水滴为模板规则形成亚微米至数十微米大小的孔的蜂窝膜，并正在开发工业化工艺。另外，最近，玻璃 (二氧化硅₂) 我们开发了涂层技术来控制表面特性。
　在这个研究小组中，玻璃涂层聚丁二烯（PB)蜂窝膜镁725℃镁蒸汽处理和二氧化硅涂层PB蜂窝镁₂硅成功转换为蜂窝状，同时保留其形状（图2）。
经过详细的化学分析，退火温度为600〜650°C二氧化硅被还原硅主要形成无定形碳，725°C主要镁₂硅成立了。形状观察的结果是，在任何退火温度下都保持与模板聚合物蜂窝膜相同的多孔结构。
获得镁₂硅蜂窝虽然是无机材料，但其重量足够轻，可以漂浮在水或有机溶剂上（图3），并且其多孔结构在保持导电性的同时孔隙率超过60%，使得每层蜂窝结构的导热系数可降低11%。二氧化硅涂覆的PB蜂窝膜也可以堆叠，因此该结果表明堆叠的Mg₂形成硅蜂窝和层压镁的可能性₂这一成就将导致使用硅蜂窝实现高效、轻质的热电转换元件。
　未来通过进一步开发设备，高效、轻量化的热电转换元件有望将废热转化为能源，为实现低碳社会做出贡献。
　该结果发表在美国化学会杂志上2020年11月25日（美国东部时间），显示结果内容的图也被选为补充封面。

图 2。　镁₂Si蜂窝制备方法及二氧化硅涂覆的PB蜂窝和Mg₂硅蜂窝的电子显微照片

图 3 漂浮在水中的镁₂硅蜂窝照片

术语表

^※1热电转换材料
一种可以将温差转化为电能的半导体材料。热电转换材料有n型和p型，当这两种热电转换材料接合并在两端之间产生温差时，就会产生电动势并可以发电。

论文信息

论文标题：通过二氧化硅涂层聚合物蜂窝薄膜的镁蒸气退火制备高孔隙硅化镁蜂窝以制备超轻量热电材料
作者姓名：Hiroshi Yabu*、Yasutaka Matsuo、Takahiro Yamada、Hirotaka Maeda、Jun Matsui
出版杂志名称：材料化学
DOI：

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