22、氧化锌纳米颗粒的pH值、形状对热电性能及热导率的影响

氧化锌纳米颗粒的pH值、形状对热电性能及热导率的影响

1. 热电材料ZT值提升策略

近年来，热电材料将废热转化为有用电能的能力备受关注，但低热电效率的问题促使研究人员探索提升ZT值的策略，其中纳米结构化和掺杂是较为有前景的方法。

1.1 纳米结构化方法

纳米结构化在创造和生长超细、纯净且均匀的晶粒尺寸方面发挥着重要作用，对热电材料的热导率有显著影响。通过细化颗粒尺寸和增强晶界处的声子散射，可以有效降低热导率。当晶粒尺寸减小到纳米级时，声子散射增加，晶格热导率显著降低，这对热电应用非常有利。此外，纳米结构化还能实现能量过滤效应和电子限制，提高塞贝克系数，使纳米结构热电材料的ZT值优于传统材料。

合成介质的pH值也会影响氧化锌材料的形态，包括形状和大小。合成氧化锌的形态受H⁺和OH⁻离子相对比例的显著影响，H⁺或OH⁻离子浓度的变化会影响金属 - 氧键的聚合，从而形成不同的氧化锌结构。在pH为6时，由于溶剂中H⁺离子浓度高、OH⁻离子浓度低，无法有效生成氧化锌结构。理解pH依赖的形态控制对于定制氧化锌基热电材料的性能至关重要。

结合纳米结构化方法和pH依赖的形态控制，研究人员可以探索创新策略来提高材料的ZT值和热电性能，为更高效的能量转换和利用铺平道路。

1.2 掺杂方法

掺杂是改善材料热电性能的重要策略。通过引入可控量的杂质，掺杂剂可以改变半导体的行为和物理特性，从而提高热电性能。在各种掺杂剂中，铝（Al）由于与Zn²⁺离子的兼容性以及能有效替代Al³⁺离子，在氧化锌中得到广泛应用。

在氧化锌中添加Al掺杂剂有诸多优势。首先，Al掺杂增加了载流子密度，提高了电导率，使电荷载流