Name: 溶液処理、表面工学、低熱伝導率を示す多結晶CdSe-SnSe (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-05-17T14:05:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: 学ぼう、CdSe-SnSeナノ複合材料の溶液処理による合成法と表面工学を用いた熱電材料の効率向上。微細構造制御による低熱伝導率化と欠陥導入による熱電性能の改善を実現する手法を解説します。

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ISTAの科学サービスユニット(SSU)は、電子顕微鏡施設(EMF)とラボサポートファシリティ(LSF)から提供されたリソースを通じて、この研究を支援しました。この研究は、オーストリア科学技術研究所とヴェルナー・シーメンス財団から財政的に支援されました。

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig01.jpg"> 図1:CdSe-SnSeペレットの製造ステップは 、1)SnSe粒子合成、2)CdSeによる粒子表面機能化、3)高密度CdSe-SnSeペレットへの熱処理の3つのステップに分かれています。略語:MFA = N-メチルホルムアミド。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
1. SnSe粒子の水合成
注:SnSe粒子は、事前に調製したSnおよびSe前駆体を混合することにより共沈反応によって得られます。粒子が形成された後、反応副産物や不純物から粒子を分離するための精製ステップが必要です。
<ol><li>Se前駆体の調製<ol><li>攪拌棒付きの500mLの2ネック丸底フラスコ(大小1つのネック)に、計量シリンダーを使用して400mLの脱イオン水を加え、攪拌を開始します。秤量ボートで6.05 g(160 mmol)の水素化ホウ素ナトリウム粉末(99%NaBH4)を計量し、フラスコの大きなネックを通して丸底フラスコに加えます。溶液が透明になったときに示される完全な溶解まで待ちます。</li>
		<li>秤量紙を使用して、6.32 g(80 mmol)のセレン粉末(≥99.5%Se)を秤量します。水素化ホウ素溶液の攪拌を止め、フラスコの大きな首からゆっくりとSeを加えます。 注:溶解中に水素ガスが生成されると、激しい泡立ちが発生します(注意:水素ガスは可燃性です)。</li>
		<li>泡立ちが落ち着いたら、丸底フラスコの小さな首にゴム製のセプタムを置きます。シュレックラインから取り付けられた長いチューブにコネクターを取り付けた状態で、アルゴン流下のフラスコの大きなネックを介してフラスコをシュレックラインに接続し、攪拌を再開します。 注意: シュレンクラインに接続する前に、ガラス器具が詰まらないように、すべてのガラス器具の接合部にグリースを塗ってください。溶液はアルゴン流下(~20分)で時間とともに透明になり、Seの溶解を示します。</li>
	</ol></li>
	<li>Sn前駆体の調製<ol><li>攪拌棒付きの1000mLの3ネック丸底フラスコ(中央に大きなネックと小さなネック2つ)に、フラスコの大きなネックを通して測定シリンダーを使用して360mLの脱イオン水を加えます。フラスコを加熱マントルに入れ、次にマントルを攪拌プレートに置きます。フラスコの横方向のネックの1つを使用して、熱電対付きのアダプターを配置します。シュレンクラインに接続されたコンデンサーをビッグネックに取り付け、フラスコの残りのネックにゴム栓を取り付け、アルゴンの流れの下で攪拌を開始します。</li>
		<li>ゴム製のセプタムを取り外し、30.06 g(750 mmol)の水酸化ナトリウムペレット(≥98%NaOH)を追加し、セプタムを元に戻します。.完全に溶解すると溶液が透明になるまで待ちます(~5分)。</li>
		<li>セプタムを再度取り外し、16.25 g(72 mmol)の塩化スズ(II)二水和物粉末(98%SnCl2.2H 2O)を追加し、セプタムを戻します。溶解時に溶液が黄色の色合いで透明になるまで待ちます。</li>
	</ol></li>
	<li>溶液の混合;SnSe粒子形成<ol><li>Sn溶液を101°Cに設定します。この温度になったら、セプタムを取り外し、分離漏斗を配置します。アルゴンが漏斗を5分間通過するのを待ちます。Se溶液の入ったフラスコからゴム製のセプタムを取り出し、分離漏斗を介してSe溶液をSn溶液に移します(流速11 mL/s)。 注:溶液はすぐに黒くなり、SnSeの形成を示します。(総容量は760mLとなります)</li>
		<li>すべてのSe溶液を添加したら、漏斗をゴム製のセプタムに交換し、混合物を再び設定温度(~101.0°C)に到達させ、さらに2時間攪拌を続けます。加熱を停止し、加熱マントルピースを取り外し、熱電対を接続したまま、丸底フラスコを攪拌しながら水浴に入れます。</li>
	</ol></li>
	<li>粒子の精製<ol><li>混合物を~35°Cに冷却したら、丸底フラスコをシュレックラインから外し、丸底フラスコサポートの上に置きます。粒子が5分間沈殿するのを待ち、慎重に注いで~600mLの上清を取り除きます。残りの粗溶液を4本の遠心分離チューブに分け、チューブあたり~40mLにします。粗溶液を4,950 × g で1分間遠心分離します。これは洗濯#0です。上清を捨てます。 注:上清は最初は黄色ですが、酸素にさらされると赤に変わります。</li>
		<li>沈殿した粒子とともに各遠心分離チューブに40 mLの脱イオン水を加え、混合物を1分間ボルテックスします。混合物を超音波処理槽で5分間超音波処理し、遠心分離する前にさらに1分間ボルテックスします(9,935 × g で1分間)。淡黄色の上清を捨てます。これが洗濯#1です)。</li>
		<li>手順1.4.2を繰り返しますが、水の代わりにエタノールを溶媒として使用します。これは#2、9,935 × gを2分間洗浄しています)。ステップ1.4.2に続いて、水(洗浄#3、11,639 ×gで2分間、#5、11,639 × gで3分間)とエタノール(洗浄#4、11,639 × gで2分間、#6、12,410 × gで5分間)を交互に4回精製します。 注:洗濯するたびに、上清は洗濯#2で透明になりますが、粒子が失われると暗く濁ります。</li>
		<li>精製ステップ#6の後、チューブを真空下(&gt;10 mbar)のデシケーターに少なくとも12時間置き、粉末を乾燥させます。SnSe粒子の入ったチューブをN2充填グローブボックスに移し、瑪瑙乳鉢と乳棒を使用して微粉末を得ます。20 mLバイアル1本に、得られた粉末4.00 gを秤量し、ステップ3.1でさらに使用します。残りの粉末は、グローブボックス内の別の20mLバイアルに保管します。 注:この指示に従うと、~14gの材料が得られます。</li>
		<li>X線回折(XRD)および走査型電子顕微鏡(SEM)の特性評価(サンプル名: SnSe-Before Annealing)のために、粉末20 mgを予備としてお召し上がりください。</li>
	</ol></li>
</ol>2. CdSe分子複合体によるSnSe表面処理
<ol><li>CdSe分子複合体の調製<ol><li> </li></ol></li><li><ol><li> </li></ol></li><li><ol><li></li><li></li><li> </li><li></li></ol></li></ol><ol><li><ol><li><li></li><li> </li></ol></li><li><ol></ol></li><li><ol><li><li></li><li></ol></li><li><li><ol><li><ol><li><li></ol></li><li> </li></ol></li><li> <ol><li><ol><li></li><li> </li><li> </li><li> </li></ol></li><li><ol><li></li><li></li><li></li></ol></li></ol></li><li><ol><li><ol><li></li><li> </li><li></li><li> <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq01.jpg" style="margin: auto;"></li></ol></li></ol></li><li> <ol><li></li><li></li><li></li><li> <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq02.jpg" style="margin: auto;"></li></ol></li></ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig02.jpg"> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig02large.jpg" target="_blank"></a><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig03.jpg"> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig03large.jpg" target="_blank"></a><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig04.jpg"> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig04large.jpg" target="_blank"></a>

SnSe粒子の固化からのCdSe-SnSeナノコンポジットの作製

<ol><li>Alam, H., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+the+enhancement+of+figure+of+merit+from+bulk+to+nano-thermoelectric+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Energy%22%5BJournal%5D)">A review on the enhancement of figure of merit from bulk to nano-thermoelectric materials.</a> Nano Energy. 2 (2), 190-212 (2013).</li>
<li>Ortega, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bottom-up+engineering+of+thermoelectric+nanomaterials+and+devices+from+solution-processed+nanoparticle+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Bottom-up engineering of thermoelectric nanomaterials and devices from solution-processed nanoparticle building blocks.</a> Chemical Society Reviews. 46 (12), 3510-3528 (2017).</li>
<li>Tan, G., Zhao, L. D., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rationally+designing+high-performance+bulk+thermoelectric+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Rationally designing high-performance bulk thermoelectric materials.</a> Chemical Reviews. 116 (19), 12123-12149 (2016).</li>
<li>Ibáñez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+thermoelectric+nanocomposites+from+nanocrystal+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">High-performance thermoelectric nanocomposites from nanocrystal building blocks.</a> Nature Communications. 7, 10766(2016).</li>
<li>Liu, Y., Ibáñez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tidying+up+the+mess%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Tidying up the mess.</a> Science. 371 (6530), 678-679 (2021).</li>
<li>Zhao, L. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultralow+thermal+conductivity+and+high+thermoelectric+figure+of+merit+in+SnSe+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals.</a> Nature. 508 (7496), 373-377 (2014).</li>
<li>Chang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+charge+and+2D+phonon+transports+leading+to+high+out-of-plane+ZT+in+n-type+SnSe+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3D charge and 2D phonon transports leading to high out-of-plane ZT in n-type SnSe crystals.</a> Science. 360 (6390), 778-783 (2018).</li>
<li>Lee, Y. K., Luo, Z., Cho, S. P., Kanatzidis, M. G., Chung, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+oxide+removal+for+polycrystalline+SnSe+reveals+near-single-crystal+Thermoelectric+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Joule%22%5BJournal%5D)">Surface oxide removal for polycrystalline SnSe reveals near-single-crystal Thermoelectric Performance.</a> Joule. 3 (3), 719-731 (2019).</li>
<li>Lee, Y. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+p-type+thermoelectric+performances+of+polycrystalline+SnSe+via+tuning+phase+transition+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Enhancing p-type thermoelectric performances of polycrystalline SnSe via tuning phase transition temperature.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (31), 10887-10896 (2017).</li>
<li>Zhou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polycrystalline+SnSe+with+a+thermoelectric+figure+of+merit+greater+than+the+single+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Polycrystalline SnSe with a thermoelectric figure of merit greater than the single crystal.</a> Nature Materials. 20 (10), 1378-1384 (2021).</li>
<li>Caballero-Calero, O., Ares, J. R., Martín-González, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmentally+friendly+thermoelectric+materials%3A+high+performance+from+inorganic+components+with+low+toxicity+and+abundance+in+the+earth%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Sustainable+Systems%22%5BJournal%5D)">Environmentally friendly thermoelectric materials: high performance from inorganic components with low toxicity and abundance in the earth.</a> Advanced Sustainable Systems. 5 (11), 2100095(2021).</li>
<li>Guélou, G., Powell, A. V., Vaqueiro, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ball+milling+as+an+effective+route+for+the+preparation+of+doped+bornite%3A+Synthesis%2C+stability+and+thermoelectric+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Ball milling as an effective route for the preparation of doped bornite: Synthesis, stability and thermoelectric properties.</a> Journal of Materials Chemistry C. 3 (40), 10624-10629 (2015).</li>
<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+nano-sized+Bi2Te3+thermoelectric+material+powders+by+cryogenic+grinding%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Natural+Science%3A+Materials+International%22%5BJournal%5D)">Preparation of nano-sized Bi2Te3 thermoelectric material powders by cryogenic grinding.</a> Progress in Natural Science: Materials International. 22 (3), 201-206 (2012).</li>
<li>Zhang, S. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+ball-milling+atmosphere+on+the+thermoelectric+properties+of+TAGS-85+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Effects of ball-milling atmosphere on the thermoelectric properties of TAGS-85 compounds.</a> Journal of Electronic Materials. 38 (7), 1142-1147 (2009).</li>
<li>Bumrungpon, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+thermoelectric+properties+of+bismuth+antimony+telluride+thermoelectric+materials+fabricated+at+various+ball-milling+speeds+with+yttria-stabilized+zirconia+ceramic+vessel+and+balls%5BTitle%5D)+AND+%22Ceramics+International%22%5BJournal%5D)">Synthesis and thermoelectric properties of bismuth antimony telluride thermoelectric materials fabricated at various ball-milling speeds with yttria-stabilized zirconia ceramic vessel and balls.</a> Ceramics International. 46 (9), 13869-13876 (2020).</li>
<li>Zevalkink, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+field+guide+to+thermoelectrics%3A+Fundamentals%2C+synthesis%2C+and+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Reviews%22%5BJournal%5D)">A practical field guide to thermoelectrics: Fundamentals, synthesis, and characterization.</a> Applied Physics Reviews. 5 (2), 021303(2018).</li>
<li>Chandra, S., Biswas, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+high+thermoelectric+figure+of+merit+in+solution+synthesized+2D+SnSe+nanoplates+via+Ge+alloying%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Realization of high thermoelectric figure of merit in solution synthesized 2D SnSe nanoplates via Ge alloying.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (15), 6141-6145 (2019).</li>
<li>Shi, X., Tao, X., Zou, J., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+thermoelectric+SnSe%3A+aqueous+synthesis%2C+innovations%2C+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">High-performance thermoelectric SnSe: aqueous synthesis, innovations, and challenges.</a> Advanced Science. 7 (7), 1902923(2020).</li>
<li>Shi, X. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+solvothermal+synthetic+environmental+design+for+high-performance+SnSe-based+thermoelectric+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">A solvothermal synthetic environmental design for high-performance SnSe-based thermoelectric materials.</a> Advanced Energy Materials. 12 (20), 1-10 (2022).</li>
<li>Liu, Y., Lee, S., Fiedler, C., Spadaro, M. C., Chang, C., Li, M., Hong, M., Arbiol, J., Ibáñez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+thermoelectric+performance+of+solution-processed+polycrystalline+SnSe+with+PbSe+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Enhancing thermoelectric performance of solution-processed polycrystalline SnSe with PbSe nanocrystals.</a> Chemical Engineering Journal. 490, (2024).</li>
<li>Fiedler, C., Calcabrini, M., Liu, Y., Ibáñez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unveiling+Crucial+Chemical+Processing+Parameters+Influencing+the+Performance+of+Solution-processed+inorganic+Thermoelectric+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+edition%22%5BJournal%5D)">Unveiling Crucial Chemical Processing Parameters Influencing the Performance of Solution-processed inorganic Thermoelectric Materials.</a> Angewandte Chemie International edition. , (2024).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defect+engineering+in+solution-processed+polycrystalline+SnSe+leads+to+high+thermoelectric+performance%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Defect engineering in solution-processed polycrystalline SnSe leads to high thermoelectric performance.</a> ACS Nano. 16 (1), 78-88 (2022).</li>
<li>Lalancette, J. M., Arnac, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reductions+with+sulfurated+borohydrides.+III.+Borohydrides+incorporating+selenium+and+tellurium%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Journal+of+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Reductions with sulfurated borohydrides. III. Borohydrides incorporating selenium and tellurium.</a> Canadian Journal of Chemistry. 47 (19), 3695-3697 (1969).</li>
<li>Klayman, D. L., Griffin, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaction+of+selenium+with+sodium+borohydride+in+protic+solvents.+A+facile+method+for+the+introduction+of+selenium+into+organic+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Reaction of selenium with sodium borohydride in protic solvents. A facile method for the introduction of selenium into organic molecules.</a> Journal of the American Chemical Society. 95 (1), 197-199 (1973).</li>
<li>Goldbach, A., Saboungi, M. L., Johnson, J. A., Cook, A. R., Meisel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxidation+of+aqueous+polyselenide+solutions.+A+mechanistic+pulse+radiolysis+study%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Oxidation of aqueous polyselenide solutions. A mechanistic pulse radiolysis study.</a> The Journal of Physical Chemistry A. 104 (17), 4011-4016 (2000).</li>
<li>Yarema, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upscaling+colloidal+nanocrystal+hot-injection+syntheses+via+reactor+underpressure%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Upscaling colloidal nanocrystal hot-injection syntheses via reactor underpressure.</a> Chemistry of Materials. 29 (2), 796-803 (2017).</li>
<li>Kwon, S. G., Hyeon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+mechanisms+of+uniform+nanocrystals+via+hot-injection+and+heat-up+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Formation mechanisms of uniform nanocrystals via hot-injection and heat-up methods.</a> Small. 7 (19), 2685-2702 (2011).</li>
<li>Han, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topotactic+anion-exchange+in+thermoelectric+nanostructured+layered+tin+chalcogenides+with+reduced+selenium+content%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Topotactic anion-exchange in thermoelectric nanostructured layered tin chalcogenides with reduced selenium content.</a> Chemical Science. 9 (15), 3828-3836 (2018).</li>
<li>Tang, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realizing+high+figure+of+merit+in+phase-separated+polycrystalline+Sn1-XPbxSe%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Realizing high figure of merit in phase-separated polycrystalline Sn1-XPbxSe.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (41), 13647-13654 (2016).</li>
<li>Sirikumara, H. I., Morshed, M., Jameson, C., Jayasekera, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopant-induced+indirect-direct+transition+and+semiconductor-semimetal+transition+of+bilayer+SnSe%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Dopant-induced indirect-direct transition and semiconductor-semimetal transition of bilayer SnSe.</a> Journal of Applied Physics. 126 (22), 224301(2019).</li>
<li>Zhang, Q. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+thermoelectric+performance+of+a+simple+method+prepared+polycrystalline+SnSe+optimized+by+spark+plasma+sintering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Enhanced thermoelectric performance of a simple method prepared polycrystalline SnSe optimized by spark plasma sintering.</a> Journal of Applied Physics. 125 (22), 225109(2019).</li>
<li>Shi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boosting+the+thermoelectric+performance+of+P-type+heavily+Cu-doped+polycrystalline+SnSe+via+inducing+intensive+crystal+imperfections+and+defect+phonon+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Boosting the thermoelectric performance of P-type heavily Cu-doped polycrystalline SnSe via inducing intensive crystal imperfections and defect phonon scattering.</a> Chemical Science. 9 (37), 7376-7389 (2018).</li>
<li>Xu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+SnSe+integrated+with+Se+quantum+dots+with+ultrahigh+power+factor+and+thermoelectric+performance+from+magnetic+field-assisted+hydrothermal+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Nanostructured SnSe integrated with Se quantum dots with ultrahigh power factor and thermoelectric performance from magnetic field-assisted hydrothermal synthesis.</a> Journal of Materials Chemistry A. 7 (26), 15757-15765 (2019).</li>
<li>Shi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+thermoelectric+performance+in+P-type+polycrystalline+Cd-doped+SnSe+achieved+by+a+combination+of+cation+vacancies+and+localized+lattice+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">High thermoelectric performance in P-type polycrystalline Cd-doped SnSe achieved by a combination of cation vacancies and localized lattice engineering.</a> Advanced Energy Materials. 9 (11), 1803242(2019).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystallographically+textured+SnSe+nanomaterials+produced+from+the+liquid+phase+sintering+of+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Transactions%22%5BJournal%5D)">Crystallographically textured SnSe nanomaterials produced from the liquid phase sintering of nanocrystals.</a> Dalton Transactions. 48 (11), 3641-3647 (2019).</li>
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</ol>

著者は、宣言する利益相反を持っていません。

重要なステップ Sn前駆体と混合する前のセレン酸化 本研究では、Sn(II)錯体とSe2-の共沈によりSnSeを合成します。まず、金属セレンをセレン化物に還元します。
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq03.jpg" style="margin: auto;">
セレン(灰色)が還元されると、透明な溶液が形成されます。セレン前駆体は、酸素にさらされると、ポリセレン化物の形成により赤くなります。したがって、反応の期間中、すべての溶液をアルゴンの下に保持することが重要です。
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq04.jpg" style="margin: auto;">
塩化スズと水酸化ナトリウムを加熱すると、スズ前駆体も無色の溶液に溶解します。
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq05.jpg" style="margin: auto;">
セレン化物を追加すると、これは過剰です(0.9:1;Sn:Se)、スズ前駆体に対して、混合物は黒色に変わり、SnSeの即時形成を示します。
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/66278/66278eq06.jpg" style="margin: auto;">
少量のNaBH4試薬が水と反応するため、過剰なNaBH4 23,24,25を添加してSeの酸化を防ぐことが重要です。SnSeの形成は瞬時に行われますが、反応はさらに2時間~100°Cに保たれ、粒子が成長するのを待ちます26,27。
浄化 合成されたままの粒子は、Na+、Cl-、B(OH)3、B(OH)4-、OH-、過剰なBH4-およびSe2-/HSe-などの副生成物と懸濁しているため、精製手順にかけられます。これは、溶媒28,29,30,31,32,33,34,35として水とエタノールを交互に行う6つの精製ステップに対して行われる。精製手順の偏差により、異なる性能のペレットが得られますが、構造特性は同じように見えます。
CdSeチオールアミン溶液を新鮮に調製 CdSe分子複合体は、チオールアミン溶液中で限られた期間安定であるため、溶解が完了してから24時間以内に使用すべきである22。
真空乾燥 真空乾燥は低圧環境を作り出し、粒子からの溶媒の迅速な除去を容易にします。これは、粒子内に残留溶媒ポケットが形成されるのを防ぐために不可欠であり、焼結プロセスや最終的なペレットの特性または安定性に悪影響を与える可能性があります。
還元雰囲気での精製後の粉末のアニール 粒子のアニーリングは、一般的な揮発性不純物、たとえばチオール、アミン、および過剰なSe 36,37,38を除去するために重要です。粒子の酸素曝露は避けられないため、還元雰囲気でのアニーリングは、材料39,40,41の熱伝導率を本質的に増強する酸化物の還元を助ける。
平行と垂直の2方向で性能を評価 SnSeの異方性の性質に従って、電気的および熱的輸送特性は、プレス(平行)方向と非プレス(垂直)方向で異なります。したがって、バーとディスクの切断を可能にする寸法の円筒形ペレットを調製して、両方向の輸送特性を測定することが重要である41。
輸送特性評価のためのサンプル調製 滑らかで平坦なペレット表面は、正確な拡散率測定に不可欠です。ペレット表面の欠陥は、熱損失や不正確な結果につながる可能性があります。均一で滑らかな表面を得るためには、研磨が必要です。ロード時の処理済みSnSeと未処理SnSeの向きは、正しい輸送データ分析にとって重要かつ重要です。SnSeなどの異方性材料は、正確なzTを得るためには、同じ方向に沿って測定し、組み合わせて(σ、S、κ)する必要があります。ペレットとプローブの間の適切な熱接触も、正確なSおよびρ測定にとって重要です。
制限 しかし、ナトリウム試薬の使用により、Na+イオンが粒子の表面に吸着し、材料のキャリア濃度およびσを高めるドーパントとして作用するため、この方法はp型SnSeを生成することに限定される42。
既存/代替方法に対する本技術の重要性 多結晶SnSeを調製するために、水温法、水熱法、および水またはエチレングリコール中での非加圧法など、さまざまな溶液ベースの技術が報告されています18,19。この研究では、界面活性剤を含まない水性合成43に焦点を当てました。これは、他の報告されている方法よりも持続可能であり、有機溶媒も界面活性剤も使用せず、溶融によって行われるものと比較して短い反応時間(2時間)と低温(~100°C)を必要とします。
このテクニックを習得した後の将来のアプリケーションまたは方向性 この方法は、他のカルコゲナイド(SnTe、PbSe、およびPbTe)の合成に適応できます。還元剤や還元塩基をNaフリーに改質することで、意図的なドーパントを使わずに純粋な材料を合成することができます。ここでCdSe分子複合体を用いて行われるような表面処理は、材料調製の柔軟性を高めることを可能にし、微細構造を制御するために二次ステップに二次相を追加することができます。ここで説明する特定のケースでは、CdSeナノ粒子の存在は、SnSeの粒子成長と比較してCdSe-SnSe粒子の結晶粒成長を阻害するだけでなく、材料の熱伝導率も低下させます(それぞれ図7 および 図8)。Liu et al. 22 によって報告された説明は、この研究で規定した方法から仮定された結果を支持しています。

熱を電気 に、またはその逆に変換する熱電 (TE) 材料は、持続可能なエネルギー管理において重要な役割を果たすことができます1。しかし、これらの材料の変換効率の低さと比較的高い製造コストが相まって、産業用および家庭用の幅広い用途が制限されています。現在の課題を克服するには、費用対効果の高い合成法と、効率が大幅に向上した豊富で毒性のない材料の使用を実装する必要があります。
これらの材料の効率は、性能zT= S2σT/κ(Sはゼーベック係数、σ電気伝導率、Tは絶対温度、κは熱伝導率)によって決まります。これらの特性は強く結合しているため、zTを最大化することは困難です。それはしばしば、電荷とフォノン散乱のメカニズムを制御するために、電子バンド構造と微細構造欠陥の調整を伴う2,3,4,5。
過去10年間で、セレン化スズ(SnSe)は、単結晶形(zT:p型~2.6、n型~2.8)6,7で優れた性能を発揮し、無毒の熱電材料として研究されてきました。しかし、単結晶は製造に費用がかかるため、デバイスへの適用性は限られています。あるいは、多結晶SnSeは製造が安価で、機械的に安定しています。問題は、異方性の部分的な損失、電気伝導率の低下、酸化の容易さの増加、およびドーピングレベル8,9,10の不正確な制御により、高性能を達成することが困難になることです。
多結晶無機TE材料は通常、半導体を粉末状に調製し、その後粉末を緻密なペレットに固めるという2つのステップで処理されます。粉末は、高温反応および粉砕によって、またはボールミリング11,12,13,14,15,16によって直接調製することができる。あるいは、溶液法(例えば、水熱合成、溶媒和合成、水性合成)によって粉末を合成することができ、要求の少ない条件(すなわち、試薬純度の低下、低温化、反応時間の短縮)17,18,19,20,21。
この論文では、水中で合成された表面修飾SnSe粒子から高密度のSnSeナノコンポジットを生成する方法について説明します。このプロセスは、SnSe粒子の水性合成から始まり、還元剤と塩基を使用してSe試薬とSn試薬をそれぞれ可溶化します。溶液が結合すると、SnSe粒子はすぐに沈殿し始めます。精製後、SnSe粒子はCdSe分子複合体で官能基化されます。アニーリングプロセス中に、分子複合体は分解します。CdSeナノ粒子の形成19.CdSeナノ粒子の存在は、結晶粒の成長を阻害し、さまざまな長さスケールで多くの欠陥の形成を促進します。これらの散乱源は、熱伝導率が低く、性能22の熱電指数が高い結果になります。

<table><tbody><tr><td>Chemicals</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1, 2-エタンジチオール</td><td>Thermo Scientific</td><td>75-08-1</td><td>真空蒸留</td></tr><tr><td>無水エタノール</td><td>Honeywell</td><td>64-17-5</td><td></td></tr><tr><td>アセトン (エクストラドライ)</td> <td>Acros</td><td>67-64-1&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>無水エタノール</td><td>サーモフィ</td><td>ッシャー64-17-5</td><td></td></tr>酸化<tr><td>カドミウム</td>アルファ<td>エー</td><td>ザー1306-23-6</td><td></td></tr><tr><td>エチレンジアミン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>107-15-3N</td><td></td></tr><tr><td>-メチルホルムアミド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>123-39-7</td><td>真空蒸留、モレキュラーシーブセ</td></tr><tr><td>レン</td>シ<td>グマアルドリッチ</td><td>7782-49-2</td><td></td></tr><tr><td>水素化ホウ素ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>6940-66-2</td><td></td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>塩化スズ二水和物</td><td>Thermo Scientific</td><td>L0025-69-1</td><td></td></tr><tr><td>装置/材料</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reduction アダプター</td><td>Bartelt</td><td>9.011 755</td><td></td></tr><tr><td>NS アダプターストップコック</td><td>バーテルト</td><td>9.012 312</td><td></td></tr><tr><td>瑪瑙 乳鉢と乳棒</td><td>バーテルト</td><td>6204102</td><td></td></tr><tr><td>キャリパー&nbsp;</td><td>ザルトリウス5007021150</td><td></td><td></td></tr><tr><td>カーボンテープ&nbsp;</td><td>Micro to Nano</td><td>15-000508</td><td></td></tr><tr><td>遠心分離管 x 4&nbsp;</td><td>ザルスタットGes.m.b.H.</td><td>62.547.254</td><td>50 mL</td></tr><tr><td>コンデンサー</td><td>バーテルト</td><td>6.203 028</td><td></td></tr><tr><td>結晶化皿</td><td>バーテルト</td><td>7.021 089</td><td></td></tr><tr><td>グラファイト箔</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>11326967</td><td>0.254 mm</td></tr><tr><td>測定シリンダー&nbsp;</td><td>バーテルト</td><td>6.082 194</td><td>250 mL</td></tr><tr><td>マイクロピペット&nbsp;</td><td>エッペンドルフ</td><td>3123000063</td><td>リサーチプラス100-1000&micro;L(GLP)</td></tr><tr><td>石英管&nbsp;</td><td>阪山電機技術株式会社</td><td>50ODx 44 ID x 650 L, mm DIY管状炉</td><td></td></tr><tr><td>用 丸底フラスコ 2ネック&nbsp;</td><td>バーテルト</td><td>4.008 387</td><td>500 mL</td></tr><tr><td>丸底フラスコ 3ネック&nbsp;</td><td>ラクタン</td><td>E614.1</td><td>1000 mL</td></tr><tr><td>ラバーセプタム x 3&nbsp;</td><td>バーテルト</td><td>9.230 657</td><td></td></tr><tr><td>サンドペーパーRS</td><td>コンポーネントOC</td><td>484-5942</td><td>1枚、1200グリット</td></tr><tr><td>シュレンクライン</td><td>ケムグラス</td><td>CG-4436-03</td><td></td></tr><tr><td>漏斗を分離&nbsp;</td><td>バーテルト</td><td>9.203 325</td><td>250 mL</td></tr><tr><td>マグネティックスターバーバー、楕円形</td><td>バーテルト</td><td>9.197 592</td><td></td></tr><tr><td>マグネティックスターバーバー、円筒形</td><td>バーテルト</td><td>9.197 520</td><td></td></tr><tr><td>マグネティックスターバーバー、八角形</td><td>VWR</td><td>442-0345</td><td></td></tr><tr><td>コクシチレーションバイアル x&nbsp; 4&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z561754-1EA</td><td>20 mL</td></tr><tr><td>サクシンチレーションバイアル x&nbsp; 1</td><td>Bartelt</td><td>9.003 482</td><td>4 mL</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AGUS-Pecs Spark Plasma Sintering (SPS)</td><td>株式会社須賀</td><td>AGUS-PECS</td><td>SPS-210Sx</td></tr><tr><td>ブルカー D8 アドバンスX線回折&nbsp;</td><td>ブルカー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>エッペンドルフ</td><td>遠心分離機5810</td><td></td></tr><tr><td>冷間プレス</td><td>Specac&trade;&nbsp;</td><td>アトラスマニュアル15T油圧プレス</td><td></td></tr><tr><td>密度計</td><td>バーテルト</td><td>6263396</td><td></td></tr><tr><td>電動鋸&nbsp;</td><td>Amazon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FE-SEM Merlin VP Carl</td><td>Zeiss連絡先&nbsp;</td><td>マーリンコンパクトVP</td><td></td></tr><tr><td>ヒーティングマントル1000mL&nbsp;</td><td>Bartelt</td><td>9.642 406</td><td></td></tr><tr><td>ベンチトップ温度コントローラーコール</td><td>パー</td><td>マーDigi-Sense TC9600</td><td></td></tr><tr><td>Linseisレーザーフラッシュアナライザー- LFA-1000</td><td>Linseis</td><td>LFA-1000</td><td></td></tr><tr><td>Linseis LSR-3</td><td>Linseis</td><td>LSR-3/800</td><td></td></tr><tr><td>マグネチックスターラー&nbsp;</td><td>ハイドルフ</td><td>MR ハイテック</td><td></td></tr><tr><td>管状炉&nbsp;</td><td>Hansun Electric Technology Co. Ltd</td><td>コンパクトスプリットチューブ炉</td><td></td></tr><tr><td>ソフトウェア</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DIFFRAC.COMMANDER</td><td>Bruker</td><td></td> 機器<td>付属</td></tr><tr><td>Laser Flash Lenseis-AproSoft v.3.01 c.001</td><td>Lenseis</td><td></td><td>機器付属</td></tr><tr><td>Laserflash</td><td>Lenseis</td><td></td> 機器<td>付属</td></tr><tr><td>Lenseisデータ評価</td><td>Lenseis</td><td></td><td>機器付属</td></tr><tr><td>LSR Measure</td><td>Lenseis</td><td></td><td>機器付属</td></tr><tr><td>LSRDistance</td><td>Lenseis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>WAVE LOGGER</td><td>株式会社スガ</td><td></td><td>装備が付属しています</td></tr></tbody></table>

溶液処理、表面工学、低熱伝導率を示す多結晶cdse-snse

Solution&#45;Processed, Surface&#45;Engineered, Polycrystalline CdSe&#45;SnSe Exhibiting Low Thermal Conductivity

近年、ソリューションプロセスは、高性能熱電材料を製造するための費用対効果が高くスケーラブルな方法として、かなりの牽引力を得ています。このプロセスには、合成、精製、熱処理、固化という一連の重要なステップが含まれ、それぞれが性能、安定性、再現性を決定する上で極めて重要な役割を果たします。私たちは、ほとんどの出版された作品で説明されている各ステップについて、より包括的な詳細が必要であることに気づきました。詳細な合成プロトコルの重要性を認識した上で、ここでは、最も高性能な多結晶 p型SnSeの1つを合成し、特性評価するために使用されるアプローチについて説明します。特に、水中でのSnSe粒子の合成と、それに続くCdSe分子複合体による表面処理により、固化時にCdSe-SnSeナノコンポジットが得られることを報告しています。さらに、表面処理は、二次相CdSeナノ粒子のZennerピン留めを通じて結晶粒の成長を阻害し、さまざまな長さスケールでの欠陥形成を促進します。SnSeに対するCdSe-SnSeナノ複合材料の微細構造の複雑さが増すと、フォノン散乱が促進され、それによって熱伝導率が大幅に低下します。このような表面工学は、欠陥を導入および制御するためのソリューション処理の機会を提供し、輸送特性を最適化し、高い熱電性能指数を達成することを可能にします。

SnSe粒子の作製は、前駆体が化学量論的比率で完全に溶解することに依存しています。このプロトコールの重要なステップは、不活性条件下でのNaBH4によるSeの還元です。空気にわずかにさらされると、図5に示すように、Se前駆体が無色から赤色に変わります(ポリセレン化物の形成)。
SnSeの合成に続いて、粒子は精製手順にかけられます。精製プロセスの最初の上清は黄色ですが、酸素にさらされるとオレンジ色に変わります。これは、前駆体が過剰に添加されたため、未反応のSeの結果です。さらに、 図 6 に示すように、小さな粒子が失われます (ステップ #3 以降)。高いイオン強度では、粒子の表面電荷が効率的にシールドされ、反発を受けることなく粒子を互いに近づけることができます。洗浄ステップごとに、イオン強度が低下し、粒子表面はシールドされません。したがって、粒子は反発し、コロイド状に安定なままであり、その結果、精製手順中に失われます。
SnSeの合成は、XRDによって確認されたように、純粋相SnSeのバッチあたり~14 gをもたらします(図7A)。粒子は、50nm〜200nmのサイズで多分散した形状です(図7B)。アニール後、粒子の平均サイズは680nmに増加します。SPSによる緻密化も粒の成長を促進し、得られるペレットの相対密度は&gt;90%です。SEM画像から、未処理のSnSeナノコンポジットとSnSe-CdSeナノコンポジットの粒径の比較が行われます(それぞれ図7B および 図7C)。表面処理に従うと、未処理のSnSeと比較して粒子がかなり小さくなります。
切断および研磨されたサンプルは、安定性を付与するためにポストアニールされます。、σ、S、αは、それぞれ 図3 と 図4のセットアップを使用して測定されます。測定値から、 κ と zT が計算され、各測定値からの不確実性の伝播を考慮してエラーバーが計算されます(図8)。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig05.jpg"> 図5:空気への曝露によるSe前駆体の時間経過 (A)空気への即時曝露は黄色の溶液をもたらす。(B)2分後、溶液は赤くなり始め、(C)3分以内に、Se酸化の結果として溶液は赤みがかった色に変わります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig06.jpg"> 図6:SnSeの精製における各洗浄ステップ後の上清。 異なる洗浄ステップの7つの上清の色。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig07.jpg"> 図7:SnSeおよびCdSe-SnSe粒子とペレットの構造および形態学的解析。 (A)溶液合成後に得られた(B)SnSe粒子、(C)CdSe-SnSe粒子、アニール粉末、および固結ペレットのXRD分析およびSEM画像。スケールバー = 1 μm。この図はLiu et al.22から修正されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig07large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66278/66278fig08.jpg"> 図8:純粋なSnSeとCdSe-SnSeの熱電特性(A)電気伝導率、(B)ゼーベック係数、(C)全熱伝導率、(D)熱電性能指数。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/66278fig08large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
補足図S1:ダイの特性と寸法。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/Figure%20S1.pdf" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足図S2:プレス方向に対してSnSeサンプルを切断するために使用されるアダプター。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/Figure%20S2.pdf" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足図S3:SnSeおよびCdSe-SnSeサンプルの密度測定セットアップ。 (A)空気と(B)水で測定したペレットの質量。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/Figure%20S3.pdf" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足表S1:ダイの特性と仕様。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66278/Table%20S1.xlsx" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

CdSe-SnSeナノ複合材料は、表面工学的なSnSe粒子を固めて作製します。SnSe粒子を生成するために、単純な水性合成が用いられます。SnSe粒子をCdSe分子複合体でコーティングすると、ナノ複合材料に存在する粒子サイズを制御し、欠陥の数を増やすことができるため、熱伝導率が低下する。

溶液処理、表面工学、低熱伝導率を示す多結晶CdSe-SnSe

In recent years, solution processes have gained considerable traction as a cost-effective and scalable method to produce high-performance thermoelectric ...

私たちのグループは、エネルギー貯蔵と熱電気に重点を置いたエネルギー関連用途の材料の開発に注力しました。私たちは、ナノ結晶をビルディングブロック、または微細な材料を構築するための前駆体として使用しました。また、ナノ結晶が全固体に変化する様子を解明し、ナノスケールの特徴から得られる特性を理解し制御することで、性能の向上を目指します。特に熱電材料では、欠陥制御に注力しました。溶液処理による熱電材料の開発には、多くの課題が伴います。1つは、ナノ粒子の高い表面対体積比による酸化の緩和です。プロセスの複雑さによる再現性。そして3つ目は、安定性を確保するために揮発性の種に対処することです。これらの課題に対処し、理解することは、実用化に向けて熱電材料の効率を高めるために重要です。私たちの研究は、ナノ粒子の特性とその組織を微調整することにより、費用対効果の高い溶液処理熱電材料を進歩させました。私たちは、ナノ粒子の合成から最終的な統合までの全プロセスに関与する化学を明らかにしています。そして現在、私たちは表面の種や材料の微細構造にどのように影響し、したがってそれらの性能に影響を与えるかに焦点を当てています。溶液プロセスの表面改変粒子を利用して熱電性能を向上させ、微細な構造調整と欠陥の導入により熱伝導率を大幅に低減しました。このアプローチは、安価な前駆体を使用し、低温を使用し、また、溶媒として水を使用するという点でも有利です。その結果、特定の分子が粒子表面で吸収し、粒子の成長を制限することがわかりました。現在、私たちは、さまざまな表面種が微細構造、ひいては輸送特性にどのように影響するかを、その組成、化学的不安定性、および結合性に基づいて合理化しようとしています。

solution-processed-surface-engineered-polycrystalline-cdse-snse

Research

JoVE Journal

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短絡電流密度と光発光を高めるクローズスペース昇華堆積超薄型CdSeTe/CdTe太陽電池

イオン液体(IL)は、高いジアステレオ選択性と良好な収率で、1,6-ケトエステルへの迅速、簡便、安価なアクセスを仲介します。反応プロトコルは堅牢で、1,6-ケトーエステルは簡単なろ過プロトコルの後にグラムスケールで得ることができます。さらに、1,6-ケトーエステルは炭化水素溶媒中の強力なゲル化剤です。...

イオン液体によって媒介1,6-ケトエステルの高立体選択的合成：低分子ゲル化剤の新しいクラスへの迅速なアクセスを有効にする三成分の反応

二酸化炭素(CO2)誘起ゲル化による生体高分子ベースのエアロゲルの新しい製造方法が示されています。この技術は、加圧二酸化炭素(5 MPa)をバイオポリマーハイドロゲルの製造に利用し、超臨界CO2(12...

グリーン溶剤を使用したバイオポリマーエアロゲルの調製

（オキシ）ナイトライド蛍光体の優れた化学的および発光安定性は、現在、硫化物や酸化物蛍光体を使用するために有望な代替としてそれを提示します。本稿では、低エネルギーのカソードルミネッセンス（CL）を使用して、ローカルの発光特性を調査するための方法を提示します。...

（オキシ）窒化物蛍光体のための低エネルギーのカソードルミネッセンス

燃料電池のためのオンデマンド水素の生成方法の研究は、ますます重要性を増しています。しかし、化学物質と水の反応から水素発生を測定するシステムは、複雑で高価な場合があります。この記事では、水素ガスの発生を測定するためのシンプルで低コスト、かつ堅牢な方法について詳しく説明します。...

シンプル、低コスト、及び水溶液で化学反応により発生した水素の体積を測定するための堅牢なシステム

ここでは、リサイクル効率の高い固体ジカルボン酸を使用して高度に熱的に安定し、カルボキシル化セルロースナノ結晶（CNC）とナノフィブリル（CNF）の緑と持続可能な生産のための新規な方法を示しています。...

緑とリサイクル性の高いジカルボン酸を使用して熱的に安定したカルボキシル化セルロースナノ結晶とナノフィブリルの低コスト生産

ここでは、提案は CH3NH3の合成のためのプロトコル CH3NH3Br 前駆体と、その後ピンホール フリー、連続 CH3NH PbI3 xBrx 3薄膜形成のため、高効率太陽電池と他のオプトエレクトロニクス...

可変バンド ギャップ ピンホール フリー メチル鉛ハライド ペロブスカイト薄膜の低圧蒸気支援ソリューション プロセス

学ぼう、CdSe-SnSeナノ複合材料の溶液処理による合成法と表面工学を用いた熱電材料の効率向上。微細構造制御による低熱伝導率化と欠陥導入による熱電性能の改善を実現する手法を解説します。

溶液処理、表面工学、低熱伝導率を示す多結晶CdSe-SnSe

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