[高分子材料] 上海硅酸盐所在有机-无机复合热电材料领域取得进展
高性能热电材料研发获重大进展
高性能热电材料研发获重大进展
佚名
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】<正>中科院上海硅酸盐研究所陈立东研究团队完成的"热电材料的多尺度微观结构调控与性能优化"项目获得2013年国家自然科学奖二等奖。
业内专家认为,该项目实现了电热输运协同调控和热电材料高性能化,获得了多种高性能热电材料,并且已应用于热电器件及应用
【总页数】1页(P43-43)
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.高性能热电材料研发获重大进展 [J],
2.高性能热电材料研发获重大进展 [J],
3.科学家在n型高性能类金刚石结构热电材料研究中获进展 [J],
4.上海硅酸盐所等在n型高性能类金刚石结构热电材料研究中获进展 [J],
5.高性能热电材料研发获得重大进展 [J], 王春
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上海硅酸盐研究所无机非金属材料研究国际领先
上海硅酸盐研究所无机非金属材料研究国际领先编者按：与纳米材料、高分子材料相比，新型无机非金属材料的研究略显冷清，但国内无机非金属研究所中依旧不乏佼佼者。
首屈一指的无疑是中科院上海硅酸盐研究所。
该所是一个无机非金属材料综合性研究机构，不但研发能力一流，而且将产品研发和应用相结合，是将研发产业化的典范。
中国科学院上海硅酸盐研究所渊源于1928年成立的国立中央研究院工程研究所，经五十多年的发展，上海硅酸盐研究所已成为一个以基础性研究为先导，以高技术创新和应用发展研究为主体的无机非金属材料综合性研究机构。
实验室方面，该所拥有高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室、中国科学院特种无机涂层重点实验室、中国科学院能量转换材料重点实验室（上海无机能源材料与电源工程技术研究中心）、结构陶瓷工程研究中心（复合材料研究中心）、中国科学院透明光功能无机材料重点实验室（人工晶体研究中心）、中国科学院无机功能材料与器件重点实验室、古陶瓷与工业陶瓷工程研究中心（古陶瓷科学研究国家文物局重点科研基地）、生物材料与组织工程研究中心、无机材料分析测试中心和信息情报中心等9个重点实验室和研发中心。
研究人员方面，该所目前拥有职工691人，科研技术人员493人，中国科学院院士2名（严东生、郭景坤），中国工程院院士3名（严东生、丁传贤、江东亮），其中严东生为两院院士。
研究成果方面，该所可谓硕果累累：历年来，累计取得科技成果937项，获得国家、中国科学院、上海市等省部级以上各类科技奖项387项，其中国家发明奖26项，国家自然科学奖7项，国家科技进步奖13项。
历年来申报专利1451项，批准专利625项。
“中国科学院上海硅酸盐研究所在无机非金属方面不但研发能力出色，更为重要的是该所在把技术转化为产品并进行产业化方面结合得非常好。
”清华大学材料科学与工程学院张老师指出。
据悉，上海硅酸盐研究所与国内大企业共建6个联合研发中心，与地方政府新建7个创新平台；实现16项技术转移；正在进行54个联合研发项目；向地方政府派出科技副职2名，科技特派员10名。
以材造梦 守望苍穹——记中国科学院上海硅酸盐研究所先进碳化物陶瓷材料研究团队
以材造梦守望苍穹——记中国科学院上海硅酸盐研究所先进碳化物陶瓷材料研究团队作者：暂无来源：《科学中国人》 2019年第1期吴彪李桐吕腾波编者按：合抱之木始于毫末，万丈高楼起于垒土。
凡有大成者，非须臾之间，亦不可负一石、一草、一木、一砖、一瓦之功。
与大国重器的光芒万丈相比，基础研究的创造往往被忽略，却仍有一群人不求名禄加身、甘为奉献前行。
生于1978年，它与改革开放共庆40周年。
40岁，正值壮年，经历过20世纪80年代的意气风发，也曾筚路蓝缕地开荒斩棘，从涤故更新到一往无前，中国科学院上海硅酸盐研究所先进碳化物陶瓷材料研究团队（以下简称“先进碳化物陶瓷材料研究团队”）始终瞄准工程化目标，隐于国之重器背后，推动新材料领域的创新、长足发展，助力国家制造业驶向“中国制造2025”的绿色转型航道。
“实现大国向强国的发展，我们国家大力提倡在制造业中全面思索、创新。
而在中国制造业占有举足轻重地位的是基础材料，没有五花八门的材料、各种性能的材料，要设计一个新东西等同于无米之炊。
”中国工程院院士、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员江东亮道出强国发展战略的一大关键。
作为国内实现机械密封材料研发国产化的第一人，江东亮对无机陶瓷材料的革新寄予厚望，而由他创建的先进碳化物陶瓷材料研究团队，在新一代领头羊黄政仁的带领下与国际前沿并行，同时代需求相携，把小陶瓷做出新花样，一举改写了“国内战略性空间光学反射镜材料100%依赖进口”的卡脖子历史。
将“团结协作”视作队伍发展的理念，将“创新奉献”视作科研不懈追求的目标，以黄政仁为首的先进碳化物陶瓷材料研究团队始终践行服务各行各业的根本宗旨，遵从着他们质朴的誓言：“国家需要什么，发展需要什么，我们就做什么！”百转千回，不负荣光21世纪初期，新材料的世界市场就以两倍于整个世界经济的速度而发展，在满足人类使用需求的三大基础材料——金属材料、高分子材料、无机非金属材料中，先进陶瓷作为无机非金属材料的重要分支，也是国防军工、工业制造等领域不可或缺的关键性材料，尤为瞩目。
中国科学院上海硅酸盐所-研发成果
空调座椅，路试近十万
公里
氧化硅气凝胶粉
7
节 能 环 保
二氧化 硅气凝
胶
可应用于航天、军 工、石化、工业窑 炉的绝热、绝冷、 隔声、吸附等诸多
领域
以廉价的水玻璃为硅 源，通过溶胶凝胶工艺 和常压干燥制备技术获
得，具有三维网状结 构，具有密度低、比表 面积大、孔容高、热导 率低、比强度高等优点
体振实密度低至 0.03 g/cm3，BET 比表面积达1177 m2/g，孔容6.52 cm3/g，经500oC 热处理1小时接触 角仍维持132o， 室温热导率0.018
利用太阳光，不需要消 料可在可见光照
11
节 能 环 保
高效可 见光光 催化水 污染控 制材料
污水净化领域， 耗其他能源，直接将有 射下可高效消减 （高毒有机磷农药 机污染物彻底矿化，无 水体中难以降解
的实际污水净 二次污染，开发成本低 的有机污染物和 化），光催化抗 、能耗少，是一种非常 细菌，大幅降低 菌，废水废气净化 理想的绿色环境污染治 COD含量和氨氮含
上海硅酸盐所项目介绍资料
序号
所属领 域
项目名 称
应用领域
技术特点
性能指标
所处阶段
开发出可丝网印
刷的纳米晶二氧
化钛Paste，成本
1
绿 色 能 源
染料敏 化太阳 能电池
建筑光伏一体化， 可作为具有发电功 能的高端幕墙玻璃 和室内装饰用光伏
产品
原材料成本低和制作工 艺简单,采用丝网印刷 工艺，性能稳定、衰减
统、直升机和无人 和方便性，成本更低， 探测率优值超过 性能接近，达到商业化
机的前视红外系统 体积更小，质量更轻， 15×10-5Pa-1/2，
不怕火烧,还能实现光热转换!上海硅酸盐所研制出新型光热转换耐火纸
水凝胶还可用作膝关节植入物，用于修补慢性关节炎造成的关节磨损。
豪斯曼表示，下一个目标是用骨骼填充身体自身的细胞和活性成分，以制成生物医学植入物。
一旦将植入物植入体内，一些材料可能随着时间的推移而生物降解，并溶解在体内。
尽管纳米纤维素本身不会降解，但它仍然非常适合作为生物相容性材料，用作植入物支架。
此外，选择纳米纤维素作为候选材料，还因为其机械性能，其微小但稳定的纤维可以非常好地吸收拉伸力。
而且，纳米纤维素允许通过不同的化学修饰，将功能结合到黏性水凝胶中。
通过结构、机械性能和纳米纤维素与其环境的相互作用，可以获得需要的复杂形状产品。
豪斯曼称，这项研究的意义还在于，原料纤维素是地球上最丰富的天然聚合物，结晶纳米纤维素的使用方法简便且成本低廉。
编辑圈点随着成本的降低和技术的进一步成熟，消费级3D打印在几年前再次火爆起来，成为市场投资的热点之一。
该技术在医学、教育、娱乐、家居等领域的个性化、定制化的新应用，让人们对“制造”有了新的理解。
如今，人工智能、区块链等新热点不断涌现，3D打印的热度似乎有所冷却。
但3D打印技术的更新迭代并未止步，或许在不远的未来，它将更大地释放人们对于“制造”的想象力。
不怕火烧，还能实现光热转换！上海硅酸盐所研制出新型光热转换耐火纸最近，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的科研团队，在新型无机耐火纸的研究工作基础上，以羟基磷灰石超长纳米线耐火纸为载体，负载碳纳米管，成功研制出大尺寸新型光热转换耐火纸。
羟基磷灰石超长纳米线耐火纸具有热导率低、隔热性能优异、热稳定性高、生物相容性好、环境友好等优点，可显著减少热量损耗，达到提高太阳能利用效率的目的。
该新型光热转换耐火纸在太阳光照射下可有效吸收太阳光并转换为热能，用于加热其表面的水而产生水蒸汽，水蒸汽在冷凝装置中经过冷凝产生清洁水。
新型光热转换耐火纸在海水淡化、含重金属离子、染料和细菌等污水净化等领域具有良好的应用前景。
相关研究结果发表在国际期刊Small上(Zhi-Chao Xiong,Ying-Jie Zhu*etal.,Small,14,1803387(2018))。
上海硅酸盐研究所
上海硅酸盐研究所上海硅酸盐研究所是一所位于上海的重点研究机构，专注于硅酸盐材料的研究和应用。
自成立以来，该研究所致力于推动硅酸盐材料领域的创新和发展，为社会经济的可持续发展做出了重要贡献。
上海硅酸盐研究所的研究方向广泛涵盖了陶瓷材料、建筑材料、功能材料等多个领域。
在陶瓷材料方面，研究所的科研人员通过研究和开发新型陶瓷材料，不断提高陶瓷材料的性能和品质。
他们不仅在传统的陶瓷材料方面进行改进和创新，还致力于开发具有新颖功能的陶瓷材料，例如高温超导陶瓷材料、致密陶瓷材料等，在能源、电子、通信等领域具有广阔的应用前景。
在建筑材料方面，研究所的科研人员致力于绿色建筑材料的研究和开发。
他们通过改良传统建筑材料的制备工艺和结构设计，降低建筑材料的能耗和环境影响。
同时，他们还积极开发新型的建筑材料，例如无机胶凝材料、高性能纤维混凝土等，以提高建筑物的耐久性、保温性和抗震性能，并促进建筑行业的可持续发展。
此外，上海硅酸盐研究所还在功能材料领域开展了一系列重要研究工作。
他们致力于研究和开发具有特定功能的材料，例如催化材料、光学材料、电子材料等。
通过对这些功能材料的研究，研究所的科研人员希望能够解决现有材料在能源转换、环境保护、信息存储等方面的挑战，同时推动相关技术的发展和应用。
上海硅酸盐研究所在科研水平和科技创新能力方面一直处于国内领先地位。
他们拥有一支高水平的科研团队，由一流的科学家和工程师组成，具备丰富的科研经验和专业知识。
研究所还拥有先进的实验设施和仪器设备，能够为科研人员提供良好的研究条件和技术支持。
同时，研究所积极与国内外的科研机构和企业进行合作，开展科研项目和技术转移，促进科研成果的应用和产业化。
上海硅酸盐研究所将继续致力于硅酸盐材料的研究和应用，为中国的材料科学与工程发展做出更大的贡献。
他们将以科学精神和创新意识为指导，围绕国家和社会的需求，不断开展前沿科研和技术创新，为经济可持续发展和社会进步做出积极贡献。
中国科学院上海硅酸盐研究所
CIGS
Mo 0.5-1 Glaµsms, Metal Foil, Plastics
实验室层面上的CIGS在主流薄膜太阳电池中效率最高！
2、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS )
…关键问题是CIGS的低成本制造…
Chemistry World
First sales for 'world's cheapest solar
➢ 实现了甲烷、酒精燃料中的小功率放 电
➢ 国内首家实现大功率平板型中温 SOFC发电
➢ 2kW级中温SOFC已经通过了科技部 的验收，是目前我国研制的最大供率 的SOFC
➢ 大面积阳极支撑复合膜实现小批量生 产，进一步缩短了我国与世界水平的 差距
国家“十五”863重点支持项目 “十一五”863目标导向性立项支持
1、染料敏化太阳能电池
研究进展
利用我所研制的纳米晶二氧化钛溶胶，成功开发出可丝网印刷的纳米 晶二氧化钛Paste，其成本只有商业化产品的1/15
TiO2 Sol
TiO2 Paste
公司 Dyesol (澳大利亚) Solaronix (瑞士)
自制
Price: RMB /1kg ￥52,650 ￥ 81,795 ￥3,521
3、CIGS薄膜的低成本、规模化制备是目前国际上的竞争焦点！
2、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS )
研究进展
发明了液相法制备CIGS新技术：计量比可 控、退火温度低、工艺简单、低成本、易 规模化。
柔性太阳电池开路电压565mV，短路电流 31.92mA/cm2，能量转换效率达 11.59 ％
Cu+ In3+ Ga3+ Sen2-
cells'
‘Efficient CIGS solar cells have
上海硅酸盐所科研进展简报3.研制出三维大尺寸羟基磷灰石高度有序
施剑林、步文博团队采用溶液晶格外延生长技术，制备了高性能上转换发双模式影(NaYF4:Yb/Tm/Gd@NaGdF4)，双模式高效成像。
该团队进一步在探针表面嫁接具有双靶，赋予探针靶向脑微血管内皮细胞、跨越血脑屏障，，定位张文清、陈立东团队近期发现一种新的高热电性能的晶体结构参数筛选原则，基于这种原则进而提出了赝立方结构设计思路来设计和优化多元素热电材料，即通过元素固溶、掺杂等方式在非立方晶系类金刚石材料中获得类似立方材料的能带结构，从而获得高的电学性能和热电性能。
赝立方结构设计思路有力地指导了类金刚石结构热电化合物的发明高效穿越血脑屏障的脑胶质瘤双模式影像探针。
文章一经发表，欧洲化学出版协会旗下Views”栏目进行专题报道。
研制出三维大尺寸羟基磷灰石高度有序仿生材料Adv. Mater.(26,3848,2014)。
郭向欣团队通过优化工作气氛，获得以超氧化钠为主要产物，相应能量转换效率达到90%以上的二次钠氧电池，并对产物超氧化钠的形貌及其演变过程进行了可视化研究。
通过优化放电深度对超氧化钠的晶粒尺寸进行调控，获得了可以在放电深度为750mAh g -1的条件下稳定循环130次保持容量不衰减的长寿命钠氧电池。
针对钠氧电池的倍率性能问题进行了探索，通过在多孔氧正长寿命高能量效率二次钠氧电池研究取得进展极上预包覆一层超氧化钠，电池的倍率性能提高到在667mA g -1的电流密度下放电容量高达1500mAh g -1。
相关研究结果发表在Phys.Chem.Chem.Phys,2014.16,15646。
5.光解纯水研究取得进展光催化研究的努力目标。
但到目前为止，对光能到氢能的转化等太阳燃料方面的研究具有积极的启发。
相关研究470–474。
孙静团队以氢氧化物溶胶为前驱体，溶剂热诱导的自组装方法），丰富的孔隙，有利于锂离子和电子的快速传输。
2014,2260-2269。
8.发明一种新型染料敏化太阳能电池光阳极结构纳米晶光阳极体系复合，显著提高了光阳极的染料负载量和电子输运功Energy 8 (2014) 247-254 (IF 10.211)。
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2018-07-18
有机-无机复合热电材料不仅具有有机材料质轻、高延展性、低成本、易制备等优点，而且可以获得比纯有机材料更加优异的热电性能，近年来持续受到热点关注。
然而，传统的采用原位聚合或机械混合法制得的有机/无机复合热电材料，存在着无机纳米颗粒难分散、易氧化、粒径大小难以控制以及无机相添加量过大（通常>25wt%）等问题，削弱了实际的复合效果，极大地阻碍了有机/无机复合热电材料的进展。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员陈立东、副研究员姚琴的研究团队在聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）基有机/无机复合热电材料领域取得新进展。
该团队采用新型氧化剂，通过自抑制聚合法，获得了高膜厚无气孔PEDOT:DBSA-Te 量子点复合热电薄膜，相关成果相继发表于NPG Asia Materials, 2017, 9, 405；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8037–8042，并获得授权专利一项。
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自抑制法制备PEDOT厚膜和PEDOT/Te量子点复合薄膜路线
图
研究团队首先通过设计调控导电高分子对阴离子的分子结构来调控对阴离子的位阻，实现了薄膜自抑制法聚合（SIP）新工艺，获得了高性能可应用的PEDOT厚膜材料，使得便捷制备微米级高电导率（> 103 S/cm）PEDOT 薄膜成为可能。
在此研究基础上，在自抑制效果下实现了高膜厚无气孔PEDOT:DBSA-Te量子点复合薄膜的同步生成。
通过新型Fe(III)氧化剂的自抑制作用，实现了PEDOT基体对均匀分散Te颗粒的紧密包覆，成功抑制了Te纳米颗粒的氧化。
进一步通过调节氧化剂的比例可以控制Te含量和粒径，最小粒径可达到量子点级（<5nm）。
最终，通过Te量子点的高效声子散射机制，在较低的Te添加量下（ ~ wt%），实现了泽贝克系数和电导率的同时提升，获得了功率因子超过100 mW/mK2的复合薄膜，比纯的PEDOT:DBSA基体提高了50%以上。
该项研究为未来有机-无机复合纳米热电材料制备展示了新的方法和思路。
下一步，该团队将探索更多基于此方法的PEDOT基复合材料的合成以及相关器件的制作。
不同Te含量的PEDOT/Te复合薄膜的SEM、AFM和HTEM图
像
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不同Te含量的PEDOT/Te复合薄膜的电导率、泽贝克系
数和热电功率因子
相关研究工作得到了“973”项目、国家自然科学基金、上海市科委等的资助。
来源：上海硅酸盐研究所
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