热电材料可以将温差转化为电能。有机热电材料可用于为可穿戴电子设备或传感器供电;但是，功率输出仍然非常低。格罗宁根大学半导体物理教授扬·安东·科斯特(Jan Anton Koster)领导的国际团队现已生产出具有优异性能的n型有机半导体，这使这些应用程序又迈进了一大步。他们的结果发表在11月10日的《自然通讯》杂志上。

热电发电机是我们太阳系之外唯一的人造能源：1977年发射的Voyager太空探测器和现在处于星际空间中的这两个探测器均由转换热量的发电机(在这种情况下，由放射源提供)提供动力。 )变成电流。Koster解释说：“这种发电机的伟大之处在于它们是固态设备，没有任何活动部件。”

电导率

但是，航海家的发电机中使用的无机热电材料不适用于更普通的应用。这些无机材料包含有毒或非常稀有的元素。此外，它们通常是刚性且易碎的。“这就是为什么人们对有机热电材料越来越感兴趣的原因，” Koster说。然而，这些材料有其自身的问题。最佳的热电材料是声子玻璃，它具有非常低的热导率(因此可以保持温度差)，还具有高电导率的电子晶体(用于传输产生的电流)。Koster说：“有机半导体的问题在于它们通常具有较低的电导率。”

尽管如此，格罗宁根大学在开发有机光伏材料方面已有十多年的经验，带领团队迈向了更好的有机热电材料的道路。他们将注意力集中在带有负电荷的n型半导体上。对于热电发电机，虽然有机p型半导体的效率已经相当不错，但是n型和p型(携带正电荷)半导体都是必需的。

布基球

该团队使用了富勒烯(“ buckyballs”，由60个碳原子组成)，并在其中添加了双三甘醇型侧链。为了增加电导率，添加了n型掺杂剂。Koster说：“富勒烯已经具有较低的导热率，但是添加侧链使其变得更低，因此该材料是一种非常好的声子玻璃。” “此外，这些链还掺入了掺杂剂，并在退火过程中形成了非常有序的结构。” 后者使该材料成为电晶体，其电导率类似于纯富勒烯的电导率。

Koster说：“我们现在已经制造出第一个有机声子玻璃电晶体。” “但是对我来说最令人兴奋的部分是它的热电特性。” 这些由ZT值表示。T是指材料工作的温度，而Z则包含其他材料属性。新材料将同类产品中的最高ZT值从0.2提高到0.3以上，这是一个很大的改进。

感测器

Koster说：“ ZT值为1被认为具有商业可行性，但我们认为我们的材料已经可以用于要求低输出的应用中。” 例如，为传感器供电时，需要几微瓦的功率，而这些功率可以由几平方厘米的新材料产生。“我们在米兰的合作者已经在使用具有单侧链的富勒烯制造热电发电机，其富勒烯的ZT值比我们现在的低。”

Koster表示，富勒烯，侧链和掺杂剂都可轻易获得，新材料的生产可能会扩大规模而不会出现太多问题。他对这项研究的结果感到非常满意。“该论文有来自九个不同研究组的二十位作者。我们利用合成有机化学，有机半导体，分子动力学，热导率和X射线结构研究的综合知识来获得此结果。并且我们已经对如何实现进一步提高效率。”

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