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九三學(xué)社社員、煙臺大學(xué)戴振宏教授與該校趙銀昌教授、清華大學(xué)倪軍教授以及中國科學(xué)院物理研究所孟勝研究員合作，在熱電材料領(lǐng)域的研究取得了一系列重要進展，半年來在國際知名期刊上發(fā)表了16篇重要的研究成果。
熱電材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能而無額外污染，可以緩解能源短缺和環(huán)境污染問題，因此熱電材料的尋找是物理學(xué)的熱點問題之一。通常情況下，熱電材料的轉(zhuǎn)換效率通過熱電品質(zhì)因數(shù)(zT)衡量，尋求高zT值的熱電材料成為核心問題。自熱電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以來，人們得到的熱電品質(zhì)因數(shù)ZT越來越高，目前實驗室內(nèi)成功制備的性能穩(wěn)定的熱電材料ZT值已接近3.0，但和其他能源轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，熱電轉(zhuǎn)化效率η仍然較低（η<30%）。前期研究發(fā)現(xiàn)，性能優(yōu)良的熱電體大多都是強非諧性材料，如何實現(xiàn)高階非諧性材料的模擬與設(shè)計成為國際上的研究難點之一。因此，在當(dāng)前全球能源危機的背景下，采用新理論、新方法和新技術(shù)尋找轉(zhuǎn)化效率高、適用范圍廣的熱電材料是非常重要和迫切的。 戴振宏教授領(lǐng)銜的課題組在國內(nèi)率先采用壓縮感知技術(shù)和自洽聲子技術(shù)，首次實現(xiàn)了晶格三、四階非諧性對熱導(dǎo)率影響的研究，從而使研究新型強非諧熱電材料成為可能，開啟了尋找新型熱電體的大門。 2023年2月，課題組采用自己的研究方法設(shè)計了一種新型熱電材料“鈉鉈銻”，理論上發(fā)現(xiàn)該材料的ZT值超過4.0。研究成果以“Strong quartic anharmonicity, ultralow thermal conductivity, high band degeneracy and good thermoelectric performance in Na2TlSb”（Na2TlSb中的強四次非諧性，低熱導(dǎo)率和高能帶簡并和良好的熱電性能）為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《npj Computational Materials》。 該雜志是Springer Nature集團Nature Partner Journals系列子刊之一，影響因子IF=12+。隨后美國西北大學(xué)成功制備出了課題組設(shè)計的這種新型熱電體，并證實“鈉鉈銻”的確是一種性能優(yōu)良的熱電體。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41524-023-00970-4 2023年3月份，項目組又全面研究了雙堿金屬鉍化合物L(fēng)i2NaBi的熱輸運和熱電性質(zhì)，該成果以“Strong anharmonic phonon scattering and superior thermoelectric properties of Li2NaBi”（Li2NaBi強非諧聲子散射和高熱電性能）為題發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Materials Today Physics》（影響因子IF=11+）上。 該研究證實了“鋰鈉鉍”具有良好的耐久性和高溫?zé)岱€(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)n型和p型摻雜都能捕獲非常高的功率因子和優(yōu)異的熱電性能。其中，p型“鋰鈉鉍”在900 K時的ZT值高達(dá)2.66，幾乎是經(jīng)典熱電材料碲化鉛的兩倍。由于價格低廉、重量輕、耐用等優(yōu)點使“鋰鈉鉍”成為一種很有前途的熱電候選材料，具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2023.100990 2023年7月，課題組又在知名期刊Journal of Materials Chemistry A（影響因子IF=11+）上發(fā)表了題為“High thermoelectric performance in XAgSe2 (X = Sc, Y) from strong quartic anharmonicity and multi-valley band structure”（強四次非諧和多谷帶結(jié)構(gòu)的引起的XAgSe2（X=Sc,Y）的高熱電性能）的工作。 該工作對大量材料進行高通量計算，篩選出具有多谷電子能帶的半導(dǎo)體材料。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計強晶格非諧性材料，使其同時具備低晶格熱導(dǎo)率和高電導(dǎo)率。通過適量摻雜，尋找高導(dǎo)電和低導(dǎo)熱的最佳平衡點。文章報道了銀基硫族化合物XAgSe2（X = Sc，Y）具有獨特的熱電輸運機制，p型YAgSe2在900 K下的zT峰值達(dá)到了3.7，是一種有潛力的熱電候選材料。
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3TA03156J 這一系列研究為高性能熱電材料的尋找和設(shè)計鋪平了道路，項目得到了國家自然科學(xué)基金的資助。（九三學(xué)社煙臺市委會 仲曉寧） |
