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열전 재료는 온도 차이와 전기 에너지 사이의 직접적인 변환을 실현할 수 있으며 중요한 에너지 재료 중 하나이다. 새로운 열전 재료 시스템으로서, 유기 열전 재료는 유연하며 저비용 전원 공급 장치 및 자가 전원 센서에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있다 ( Natl. Sci. Rev. 2016, 3, 269. Nat. Commun. 2015, 6, 8356 ). 최근 몇 년 동안 유기 열전 재료에 대한 연구가 시작되어 많은 주목을 받았고 주요 성능 지표가 계속 개선되면서 유기전자 가운데서 프론티어 연구 방향의 하나이다. 그럼에도 불구하고, 유기 열전 재료 및 장치의 근본적인 효과는 심각하게 부족하여, 분야의 급속한 발전에 제한이 되고 있다. Seebeck 효과와 Peltier 효과는 열전 변환의 두 가지 기본 효과이다. 열전 소자에 의한 제벡 (Seebeck) 효과로 온도차 발전을 실현할 수 있으며, 펠티어 효과로 냉방을 실현할 수 있고, 그래서 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 현재 유기 열전 재료 및 소자의 기능 연구는 Seebeck 효과에 중점을 두고 있다. 유기 열전 박막 디바이스는 전기 냉각에서 고유한 장점을 가질 것으로 기대되지만, 이러한 디바이스의 펠티어 효과에 대한 정확한 연구는 고성능 디바이스의 구축과 전열 차이의 현장 실시간 측정이라는 두 가지 큰 문제에 의해 제약을 받고 있다. 이와 관련된 체계적인 연구는 아직 보고되지 않았다. 중국과학원 화학연구소 유기고체 중점 실험실은 장기간 유기 열전 재료의 연구에 매진하고 있던 중, 고성능 N형 유기 열전 재료를 개발하게 되었다. ( Adv. Mater. 2012, 24,932 ; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10672 ; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13013 ). 이 연구는 해당 시스템의 기능 연구에 기초를 놓았다. 최근에 과학 기술부의 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 중국 과학원의 전략적 파일럿 연구 프로그램 및 중국 국립 자연 과학 기금의 지원을 받아, 연구원들은 유기 열전 소자의 펠티에 효과에 관한 연구가 직면한 복잡하고 상호적인 간섭 문제에 대해서, 부유 소자의 제조와 in situ 진공 특성 시스템의 건설을 통해 열손실을 줄이고, 고속 / 위상 고정형 적외선 기술을 사용하여 펠티어 효과와 주울 열 효율과 열전도를 효율적으로 분리하여, 유기 열전기 박막 장치 및 실험에서 펠티어 효과를 나타내면서, 유기 열전 시스템의 Thomson 관계가 실험적으로 입증되었다. 중요한 것은 폴리 (Ni-ett) 박막 디바이스가 양쪽 끝에서 섭씨 40도 이상의 온도차를 수립 할 수 있다는 것을 발견했으며, 처음으로 유기 열전 소자의 전기 냉각이 실제로 실현되었다. 또한 북경사범대학, 싱가폴 난양공대 및 소주대학의 연구원들과 긴밀하게 협력하여, 이러한 유형의 초박형 장치가 유연한 고체 상태 냉각에서 500Wcm-2를 초과하는 열유속 밀도로 큰 온도차 전기 냉각을 달성할 것으로 예측했다. 연성 고체 냉각 및 순간냉각 분야에서 중요한 응용 전망을 갖고 있다. 해당 연구는 Nat. Commun. (2018, 9, 3586) 에 발표되었다. |
