火災是威脅人類生命和財產(chǎn)安全的主要災害之一，隨著現(xiàn)代輕質(zhì)可燃物的大規(guī)模應用，火災安全的預警與防護更加嚴峻。因此，開發(fā)可靠的火災預警系統(tǒng)對火災的有效檢測和監(jiān)控非常重要。根據(jù)作用機理，可以將目前的火災預警材料分為氣體/煙霧傳感器、熱敏電阻材料、熱致變色、熱致形變/相變和熱電材料等。其中，熱電材料基于獨特的熱-電相互轉(zhuǎn)換特性、電信號與溫差之間的良好線性關(guān)系以及自供能能力等，引起極大關(guān)注。近期，深圳大學陳光明特聘教授課題組聯(lián)合杭州師范大學湯龍程教授在《Science Bulletin》上發(fā)表了題為《Thermoelectrics and thermocells for fire warning applications》的綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)評述了熱電火災預警材料的研究現(xiàn)狀及未來趨勢。深圳大學2022級博士生丁招福為第一作者，深圳大學陳光明特聘教授、梁麗榮助理教授和杭州師范大學湯龍程教授為共同通訊作者。
本文中，從熱電材料的機理出發(fā)，詳細介紹了三種熱電轉(zhuǎn)換機制（圖3）：固態(tài)材料主要是溫差下電子/空穴擴散濃度差產(chǎn)生電壓的機制，稱為電子（e-TE）熱電，液態(tài)和凝膠態(tài)中的溫差作用下離子熱擴散效應產(chǎn)生的濃度差帶來的電勢差（Soret效應）稱為離子熱電（i-TE），而由于熱、冷電極表面發(fā)生氧化-還原反應帶來的電勢差稱為熱電池（TEC），也稱為熱化學電池等。隨后，根據(jù)材料的維度，分別詳細討論了一維、二維和三維材料的制備和器件組裝技術(shù)的發(fā)展。接著，按照熱電轉(zhuǎn)換機制的三種機制分類，重點介紹了基于不同機理的熱電火災預警的最新進展。在本文的最后，提出了該領(lǐng)域目前存在的一些挑戰(zhàn)，并對其研究前景進行了展望（圖4）。
圖4. 智能熱-電轉(zhuǎn)換火災預警展望
文章信息：Zhaofu Ding, Chunyu Du, Wujian Long, Cheng-Fei Cao, Lirong Liang*, Long-Cheng Tang*, Guangming Chen*. Thermoelectrics and thermocells for fire warning applications.Sci. Bull. 2023.
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.057
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