熱電冷卻器（TECs）憑借其固態、無噪音、精準溫控等優勢，在微電子、可穿戴設備等領域具有重要應用前景，但傳統制造方法依賴高能耗工藝（如單晶生長、高壓燒結），且材料效率（zT值）受限，導致設備冷卻性能不足、成本高昂。盡管3D打印技術為定制化、可持續生產提供了新途徑，但現有打印材料因顆粒界面連接性差、電導率低等問題，其zT值遠低于傳統塊體材料，且多孔結構難以兼顧熱導率與導電性，阻礙了高性能器件的實際集成。
      因此，如何在3D打印中通過界面鍵合優化實現高zT材料，并突破制造工藝與設備工程的雙重瓶頸，成為推動熱電技術規模化應用的核心挑戰。
 

      鑒于此，來自奧地利科技學院（ISTA）的Shengduo Xu和Maria Ibáñez團隊主要開發一種基于擠出式3D打印技術的高性能熱電材料制備方法，實現了p型(Bi,Sb)₂Te₃和n型Ag₂Se材料的高優值（zT）和高效制冷性能，為熱電制冷器的低成本、可擴展生產提供了一種新的解決方案。   
 

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本文要點：
（1）3D打印技術與高性能熱電材料的結合：研究團隊首次通過擠出式3D打印技術成功制備了高性能熱電材料，實現了p型(Bi,Sb)₂Te₃和n型Ag₂Se材料的高優值（zT值分別達到1.42和1.3），并組裝出制冷溫差達50°C的熱電制冷器。這一成果不僅突破了傳統制造方法的限制，還顯著降低了生產成本和能耗。
（2）界面鍵合策略的開發：研究人員設計了特殊的墨水配方，確保在燒結過程中顆粒之間形成有效的界面鍵合，從而在多孔結構中構建高效的電荷傳輸通道。這種創新的界面鍵合策略使得3D打印的熱電材料在保持高孔隙率的同時，仍能實現優異的電輸運性能。
（3）可持續制造與廣泛應用潛力：該研究提出了一種可擴展且具有成本效益的熱電材料生產方法，避免了傳統制造中的高能耗和浪費問題。此外，這種3D打印技術不僅適用于熱電制冷器，還為其他半導體材料的增材制造提供了理論框架，有望在電子設備、可穿戴設備、醫療應用以及能源回收等領域實現廣泛應用。
      本論文通過開發一種基于擠出式3D打印技術的創新方法，成功制備了高性能的熱電材料，實現了p型(Bi,Sb)₂Te₃和n型Ag₂Se材料的高優值（zT值分別為1.42和1.3），并組裝出制冷溫差達50°C的熱電制冷器。研究團隊通過特殊的墨水配方和界面鍵合策略，解決了傳統3D打印材料中因孔隙率高而導致的電輸運性能不足的問題，同時避免了傳統制造工藝中的高能耗和復雜步驟。   
     這一成果不僅為熱電制冷器的高效、低成本生產提供了新的解決方案，還為其他半導體材料的增材制造提供了理論基礎，展現出在電子設備、可穿戴技術和能源回收等領域的廣泛應用潛力。

參考資料：https://doi.org/10.1126/science.ads0426   

(責任編輯：admin)

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