中國科學院化學所：有機熱電研究方面取得系列進展

【成果簡介】

在有機熱電材料體系的研究中，n型材料的開發長期面臨體系少、性能低和摻雜困難等難題。在科技部國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金委項目的支持下，有機固體實驗室的科研人員結合前期高遷移率有機半導體的研究、熱電性質的場調控和鉍金屬界面化學摻雜，成功發現并證實了TDPPQ是一類高性能n型有機半導體熱電材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10672）。zui近，他們進一步結合熱電性質的場調控和化學摻雜調控，成功發現了新型的更高性能n型有機半導體熱電材料（A-DCV-DPPTT）。該類材料的薄膜在化學摻雜后的zui高熱電優值突破0.2，是n型有機小分子熱電材料的*性能。更為重要的是，他們和北京師范大學的科研人員密切合作，結合理論計算系統闡述了該類材料熱電性能的共軛骨架效應與摻雜機制，為新型有機半導體熱電材料的設計提供了新途徑和重要的參考依據。相關結果近期以題為“Conjugated-Backbone Effect of Organic Small Molecules for n-Type Thermoelectric Materials with ZT over 0.2”發表Journal of the American Chemical Society上。

【圖文導讀】

圖1 高性能有機半導體熱電材料的骨架效應研

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。

有機半導體*的電子結構與分子堆積特性賦予其豐富的物理化學性質，在電荷傳輸和能量轉換器件中有廣闊的應用前景。近年來，有機半導體的熱電性質研究開始起步，逐漸發展成為重要的前沿研究方向。盡管相關研究有望為有機半導體的功能性質與應用研究帶來新的增長點，但人們在有機熱電材料和器件的諸多方面都缺乏基本認知，限制了領域的快速發展（Natl. Sci. Rev. 2016, 3, 269. Nat. Commun. 2015, 6, 8356）。

中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室的研究人員一直致力于有機熱電材料與器件的研究。在前期工作中，他們針對發展高性能有機熱電材料這一領域性難題，系統開展了高遷移率有機半導體的熱電性質場調控研究。從實驗上證明有機場效應晶體管可以作為有機半導體熱電性質的場調控平臺，獲得相關參數的制約關系并推測性能優化條件，為有機半導體熱電材料的遴選提供了新思路（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3004）。

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*表征：壓電材料d33測量儀

1、ZJ-3型壓電測量儀

2、ZJ-4型d33測量儀

3、ZJ-5型積層壓電測試儀

4、ZJ-6型靜壓電d33/d31/d15測量儀

5、ZJ-7型高溫壓電測試儀

★壓電極化裝置

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

2、PZT-JH10/8壓電極化裝置（10KV以下壓電陶瓷同時極化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（壓力范圍: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T2
2. ZJ-D33-SYP30電動型壓電陶瓷壓片機（壓力范圍: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T）

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第二表征  鐵電材料測量系統及電滯回線測量系統

1、ZT-4C型綜合鐵電測量系統

2、JKZT-10A鐵電材料綜合參數測試儀

3、JKGT-G300高溫鐵電材料測量系統

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第三表征   熱電材料分析測量系統及塞貝克系數測試儀

1、BKTEM-Dx熱電性能分析系統

2、BKTEM-Dx熱電器件性能分析系統

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第四表征 介電材料測試系統

1. 常溫介電測量系統，常溫介電材料測試儀
2. 高溫介電測量系統，高溫介電材料測試裝置

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第四表征磁性材料測試系統