昆大新成果
近日，昆明理工大學材料科學與工程學院葛振華教授與北京航空航天大學趙立東教授，鄭州大學王東陽研究員等合作，在單晶SnSe的卓越熱電轉換性能方面取得重要研究進展，研究成果以Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics為題，發表在國際頂級刊物Science上。昆明理工大學材料科學與工程學院博士生王子淵、楊添馭分別為論文第四、第八作者。
(圖示：通過“晶格素化”策略實現卓越熱電轉換效率與制冷性能)
熱電材料能夠實現廢熱與電能的直接相互轉化，有利于回收廢熱中的能量，實現能源的再利用。簡單化合物SnSe具有復雜的電子能帶結構和獨特的3D-電荷/2D-聲子輸運特性，在熱電應用中潛力巨大，被認為是最具發展前景的熱電候選材料之一。
研究團隊受結構材料中的“材料素化”概念啟發，提出以“晶格素化”策略改善載流子的輸運特性，實現非凡的載流子遷移率，從而獲得更高的導電性，并在一定程度上有助于降低功耗，這對熱電冷卻裝置的實際應用至關重要。
研究人員采用改進的兩步布里奇曼方法制備了一系列SnCuxSe晶體，研究了Cu對SnSe晶體電輸運性能的影響。首先，微小的Cu填充Sn空位使晶格平坦，降低缺陷濃度，從而減少晶格缺陷的載流子散射，并在300 K時產生優異的載流子遷移率(~319 cm2V-1s-1)。其次，多余的Cu取代晶格中的Sn，形成空穴摻雜，增加載流子濃度n，使費米能級進一步下降到價帶，促進了多價帶輸運。此外，Cu/Sn原子取代對電子能帶結構有明顯的影響，促進了多能帶合成。這些有利效應共同促進了有效質量m*增加到~ 1.7 me，從而在更高的n下實現相對較大的塞貝克系數。通過電導率和塞貝克系數的協同優化，功率因數超過~100 μW cm-1K-2，在300 K時ZT為~1.5，在300 - 773 K時平均ZT為~2.2。該項研究還實現了在溫差?T~ 300 K的條件下，單臂熱電器件的轉換效率達到12.2%，在環境溫度下通過對Peltier制冷器件制冷產生最大溫差?Tmax~ 61.2 K。葛振華教授團隊在研究中，參與完成了SnSe熱電器件的制作及器件轉化效率表征工作。
云南省是有色金屬王國，錫資源儲量豐富。葛振華教授團隊長期從事SnSe基新型熱電材料的基礎研究和應用研究，先后在Science、NatureComm、JACS、Adv. Funct. Mater.等期刊發表多篇高水平論文，研究成果豐富了對SnSe熱電性能增強機理的理解，為SnSe熱電材料的產業化和器件化奠定了基礎，為云南省錫資源精深利用貢獻了力量。
論文鏈接地址
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7196
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