[发明专利]复合纳米颗粒组合物及集合

说明书

本文描述了复合纳米颗粒组合物和相关的纳米颗粒集合，其在一些实施例中表现出对一种或多种热电性质的增强，包括电导率和/或塞贝克系数的增加和/或热导率的降低。在一方面，复合纳米颗粒组合物包含半导体纳米颗粒，该半导体纳米颗粒包括正面和背面以及在正面和背面之间延伸的侧壁。金属纳米颗粒与至少一个侧壁结合，以建立金属‑半导体结。

政府权利声明

本发明是在美国空军科学研究办公室授予的批准号FA9550-16-1-0328和由NASA/流线型(Streamline)授予批准号1123-SC-01-R0 NASA#NNX16CJ30P的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请数据

本申请根据专利合作条约第8条和35U.S.C.§119(e)要求于2017年2月16日提交的美国临专利申请号62/459，978的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及复合纳米颗粒及相关集合，尤其涉及表现出增强热电性能的复合纳米颗粒及集合。

背景技术

利用热电(TE)材料的固态能量转换，由于其将废热转化为电能的无与伦比的特性而引起了越来越多的关注。TE材料的效率由无量纲的品质因数ZT表示，该ZT由电导率(σ)、塞贝克系数(S)和热导率(κ)控制，该热导率(κ)主要包括晶格热导率κ_L和载流子热导率κ_c(κ_L>>κ_c)。理想的高效TE材料必须具有高σ和低κ。不幸的是，对于大多数TE系统而言，这三个参数是相互依赖的，因此最大化一个通常会抵消或减少其他两个。这最终阻止了TE材料作为无噪声发电机或可伸缩固态珀耳帖(Peltier)冷却器的广泛应用。

发明内容

本文描述了复合纳米颗粒组合物和相关的纳米颗粒集合，其在一些实施例中表现出对一种或多种热电性质的增强，包括电导率和/或塞贝克系数的增加和/或热导率的降低。在一个方面，复合纳米颗粒组合物包含半导体纳米颗粒，该半导体纳米颗粒包括正面和背面以及在正面和背面之间延伸的侧壁。金属纳米颗粒与至少一个侧壁结合，以建立金属-半导体结。在一些实施例中，金属纳米颗粒结合到多个半导体纳米颗粒侧壁，以建立若干金属-半导体结。

在另一方面，本文描述了复合纳米颗粒集合。简而言之，复合纳米颗粒集合包括半导体纳米颗粒，该半导体纳米颗粒包括在正面和背面和在正面和背面之间延伸的侧壁，其中半导体纳米颗粒之间的间隔通过金属纳米颗粒结合到半导体纳米颗粒的侧壁来桥接。如本文进一步所述，桥接金属纳米颗粒与半导体纳米颗粒的侧壁建立金属-半导体结。

在进一步的方面，提供了增强硫族化物热电性能的方法。在一些实施例中，增强硫族化物热电性能的方法包括提供硫族化物纳米颗粒，该硫族化物纳米颗粒包括正面和背面以及在正面和背面之间延伸的侧壁。硫族化物纳米颗粒的电导率和塞贝克系数中的至少一个通过在侧壁上的金属纳米颗粒的成核而升高，其中金属纳米颗粒桥接硫族化物纳米颗粒之间的间隔。此外，通过桥接相邻纳米颗粒之间的间隔的金属纳米颗粒，可以降低硫族化物纳米颗粒的导热率。

在以下详细描述中更详细地描述了这些和其他实施例。

附图说明

图1A示出了根据一些实施例的片晶半导体纳米颗粒的俯视图。

图1B示出了根据一些实施例与片晶半导体纳米颗粒的侧壁结合的金属纳米颗粒。

图2A示出了根据一些实施例的Sb₂Te₃纳米颗粒和Ag金属的能带结构。

图2B示出了根据一些实施例的Ag纳米颗粒-Sb₂Te₃纳米颗粒界面的能带结构。

图3示出了根据一些实施例的复合纳米颗粒集合。