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Science报道南科大热电材料研究新进展
更新日期:2021-04-30  

Science:具有高热电性能的高熵稳定硫族化合物

热电技术利用废热发电,但广泛应用的瓶颈是热电材料的性能。通过引入不同的原子种类来操纵材料的构型熵,可以调整相组成并扩展性能优化空间。南方科技大学何佳清团队基于熵驱动的结构稳定效应开发了一种高性能PbSe基高熵合金热电材料并制备了高效率热电发电器件,将n型铅基高熵材料的优点值(ZT)值提高到1.8,这种材料是由熵驱动结构稳定形成的。在这个高熵系统中,大量扭曲的晶格引起了不寻常的剪切应变,这些应变提供了强大的声子散射,而晶格的热导率却大大降低。基于该n型高熵材料制备的分段模块在温差DT = 507 kelvin下热电转换效率为12.3%。结合高分辨透射电镜和理论分析,本工作系统研究了熵增加对于结构稳定以及电、热传输性能的影响,有力地指导了高熵概念在高性能热电材料开发中的应用。相关研究以“High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance”为题目,发表在Science上(DOI: 10.1126/science.abe1292)。


1. 基于熵驱动的结构稳定效应合成高熵热电材料

Science:原子有序性增强导致AgSbTe2中的高热电性能

高热电性能通常是通过电子结构调制或声子散射增强来实现的,这往往是相互抵消的。性能的飞跃需要创新的策略,同时优化电子和声子传输。印度尼赫鲁先进科学研究中心Kanishka Biswas与何佳清团队等人合作,研究发现通过Cd掺杂的方式对AgSbTe2的热电性能进行调控,ZT值在室温下能达到1.5,在573 K下最高能达到2.6的良好热电优值。何佳清与研究副教授谢琳在该工作中对Cd掺杂的高性能热电材料AgSbTe2进行了微结构表征、分析和物理机理的解释。结构表征研究其优异热电性能的结构起源,发现Cd掺杂会减少AgSbTe2AgSb离子的无序排布,诱导其形成尺寸为2-4 nm左右的有序超结构,从而降低了无序带来的安德森(Anderson)局域化效应并提高电输运性质。这些有序超结构同时还会引入了局域应变调制,并与声子振动产生耦合,从而有效地降低晶格热导率。相关研究以Enhanced atomic ordering leads to high thermoelectric performance in AgSbTe2为题目,发表在Science上(DOI: 10.1126/science.abb3517)。


2. Cd掺杂AgSbTe2电子结构与热电性能的无序调谐

(摘自南方科技大学