南京理工大学唐国栋副教授等人的研究成果在热电材料性能领域实现重大突破

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　　日前，我校材料学院唐国栋副教授、北京航空航天大学赵立东教授、中科院固体物理研究所张建副研究员等人的研究成果在热电材料性能领域实现了重大突破。他们通过简单易操作、低成本的低温化学合成，巧妙利用相分离和微结构调控等方法协调优化材料的电声输运性能，在提高了材料的功率因子的同时使材料的热导率明显下降，从而极大地提高了SnSe多晶热电材料性能。该研究成果发表在国际顶尖期刊《Journal of The American Chemical Society》(影响因子13.038)上。(Realizing high figure of merit in phase-separated polycrystalline Sn1-xPbxSe. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13647)。唐国栋副教授为该论文的第一作者和通讯作者，赵立东教授和张建副研究员为共同通讯作者。该研究还得到了国家自然科学基金，江苏省自然科学基金的资助。

　　热电材料是实现热能和电能直接相互转换的新型能源材料，可利用传统*业(如汽车、钢铁、石化等)排放大量的工业余热发电，对节能减排、保护环境有着重要意义。用热电材料*的温差发电装置和制冷装置具有体积小、无需传动部件、不排放污染物质、无磨损、可靠性高等诸多突出优点，在温差发电和便携式制冷等领域有重要应用前景。目前，热电材料较低的热电效率，是制约热电器件大规模应用的主要因素。2014年，美国西北大学研究组在Nature上报道了SnSe单晶沿b轴方向具有超低的热导率从而取得极高的ZT峰值，在热电领域引起了广泛反响。相比于SnSe单晶，SnSe多晶块体材料具有制备工艺简单，生产成本低，机械性能稳定等突出优点，具有广阔应用前景。然而由于低的电导率和高的热导率，SnSe多晶材料的热电性能并不理想，研发高性能SnSe多晶热电材料，成为领域难以攻克的难题。

　　据了解，研究人员采用低温合成技术，通过降低材料的合成温度结合快速非平衡烧结方法降低材料的固溶度，产生析出相，得到SnSe-PbSe相分离材料。由于Pb和Sn的电负性差异，Pb掺杂提高了载流子浓度，且PbSe比SnSe具有更窄带隙和更高电导率，因此PbSe第二相有效提高了SnSe基体相的电导率和功率因子，并通过分层构架设计材料的微观结构，调控材料的声子输运过程，大幅降低了材料的热导率。最终通过协同调控优化材料的电声输运性能，实现了热电材料性能的新突破。使材料的热电优值ZT提升到1.7，打破了SnSe块体多晶材料性能最高值记录。这一研究对推动热电材料的研发与应用，进而实现产业化具有重要意义。

　　文章来源：南京理工大学

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