溶膠-凝膠相轉變對於離子熱電性能的巨大影響

香港理工大學智能可穿戴系統研究院陶肖明教授團隊製備並研究了幾種不同的相轉變離子熱電系統，首次發現在泊洛沙姆(Poloxamer 407)/LiCl的離子體系中，熱電勢值可以在系統發生相轉變（液體至凝膠，17.4℃）時上升6.5倍（大約2mV/K至超過15mV/K），同時提升離子ZT值23倍(低於0.03至0.68)。該團隊隨即建立基於昂薩格（Onsager）方程的理論模型，分析離子在三個不同階段的遷移（相轉變前，相轉變中及相轉變後）並解釋了熱電勢值提升的來源，即相轉變下溶膠黏度的變化影響陰陽離子的遷移速率，從而造成了陰陽離子在高低溫端的濃度差。作者通過對相轉變前後的模型分析，提出了可能影響離子熱電勢的六個無量綱參數，並提出基於理論分析下熱電勢在相轉變時存在多個數量級提升的可能。通過對理論模型的研究及分析，作者提出了相轉變對熱電效應影響的普適性，即熱電性能的改變不受影響於相轉變的方式，並通過在其他相轉變體系的結果驗證了該結論。該成果提供並揭示了一種全新的設計並控製材料所需熱電性能的可能途徑，這將為室溫下可穿戴設備的低熱能收集應用帶來新的前景。該工作以題為“Gigantic Effect due to Phase Transition on Thermoelectric Properties of Ionic Sol–Gel Materials”發表在《Advanced Functional Materials》上。