中国科学院化学所：有机热电研究方面取得系列进展

【成果简介】

在有机热电材料体系的研究中，n型材料的开发长期面临体系少、性能低和掺杂困难等难题。在科技部国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委项目的支持下，有机固体实验室的科研人员结合前期高迁移率有机半导体的研究、热电性质的场调控和铋金属界面化学掺杂，成功发现并证实了TDPPQ是一类高性能n型有机半导体热电材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10672）。zui近，他们进一步结合热电性质的场调控和化学掺杂调控，成功发现了新型的更高性能n型有机半导体热电材料（A-DCV-DPPTT）。该类材料的薄膜在化学掺杂后的zui高热电优值突破0.2，是n型有机小分子热电材料的*性能。更为重要的是，他们和北京师范大学的科研人员密切合作，结合理论计算系统阐述了该类材料热电性能的共轭骨架效应与掺杂机制，为新型有机半导体热电材料的设计提供了新途径和重要的参考依据。相关结果近期以题为“Conjugated-Backbone Effect of Organic Small Molecules for n-Type Thermoelectric Materials with ZT over 0.2”发表Journal of the American Chemical Society上。

【图文导读】

图1 高性能有机半导体热电材料的骨架效应研

究示意图

图2 性能表征

旋涂A-DCV-DPPTT（a-d）和Q-DCM-DPPTT（e-h）膜的AFM图像，（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。

有机半导体*的电子结构与分子堆积特性赋予其丰富的物理化学性质，在电荷传输和能量转换器件中有广阔的应用前景。近年来，有机半导体的热电性质研究开始起步，逐渐发展成为重要的前沿研究方向。尽管相关研究有望为有机半导体的功能性质与应用研究带来新的增长点，但人们在有机热电材料和器件的诸多方面都缺乏基本认知，限制了领域的快速发展（Natl. Sci. Rev. 2016, 3, 269. Nat. Commun. 2015, 6, 8356）。

中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室的研究人员一直致力于有机热电材料与器件的研究。在前期工作中，他们针对发展高性能有机热电材料这一领域性难题，系统开展了高迁移率有机半导体的热电性质场调控研究。从实验上证明有机场效应晶体管可以作为有机半导体热电性质的场调控平台，获得相关参数的制约关系并推测性能优化条件，为有机半导体热电材料的遴选提供了新思路（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3004）。

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*表征：压电材料d33测量仪

1、ZJ-3型压电测量仪

2、ZJ-4型d33测量仪

3、ZJ-5型积层压电测试仪

4、ZJ-6型静压电d33/d31/d15测量仪

5、ZJ-7型高温压电测试仪

★压电极化装置

1、PZT-JH10/4压电极化装置（10KV以下压电陶瓷同时极化1-4片）

2、PZT-JH10/8压电极化装置（10KV以下压电陶瓷同时极化1-8片）

3、PZT-JH20/8高压电极化装置（20KV以下压电陶瓷同时极化1-8片）

4、PZT-FJH20  /3高压真空，空气极化装置（20KV以下压电陶瓷及压电薄膜1-3片试样）

• 压电制样装置

1. ZJ-D33-YP15压电陶瓷压片机（压力范围: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T2
2. ZJ-D33-SYP30电动型压电陶瓷压片机（压力范围: 0--15T，0-24T，0-30T，0-40T）

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第二表征  铁电材料测量系统及电滞回线测量系统

1、ZT-4C型综合铁电测量系统

2、JKZT-10A铁电材料综合参数测试仪

3、JKGT-G300高温铁电材料测量系统

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第三表征   热电材料分析测量系统及塞贝克系数测试仪

1、BKTEM-Dx热电性能分析系统

2、BKTEM-Dx热电器件性能分析系统

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第四表征 介电材料测试系统

1. 常温介电测量系统，常温介电材料测试仪
2. 高温介电测量系统，高温介电材料测试装置

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第四表征磁性材料测试系统