??近期，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）用戶南京理工大學(xué)教授唐國棟研究組利用強(qiáng)磁場原位水熱合成SnSe熱電材料，實(shí)現(xiàn)了對材料微結(jié)構(gòu)的調(diào)控，顯著提升其熱電性能，說明利用強(qiáng)磁場調(diào)控?zé)犭姴牧衔⒔Y(jié)構(gòu)及其電子聲子輸運(yùn)，可有效優(yōu)化熱電材料性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊Journal of Materials Chemistry A 上。

熱電材料是實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，用熱電材料制成的溫差發(fā)電裝置和制冷裝置具有無需傳動部件、運(yùn)行安靜、尺寸小、無污染等諸多突出優(yōu)點(diǎn)，在溫差發(fā)電和便攜式制冷等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。研發(fā)具有高熱電性能材料進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)熱電材料規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。國家、行業(yè)和企業(yè)對熱電新技術(shù)的需求十分迫切。決定熱電材料性能的重要參數(shù)是熱電優(yōu)值（ZT），其大小由Seebeck系數(shù)（S）、電導(dǎo)率（σ）和熱導(dǎo)率（k）共同決定。目前，對熱電材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控是提高熱電性能的有效手段，而磁場是對物質(zhì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控的一種重要手段。

在眾多體系的熱電材料中，SnSe基化合物具有熱電性能較高、元素?zé)o毒性、來源豐富、成本低等優(yōu)勢，是極具發(fā)展前景的一類熱電材料。唐國棟課題組采用強(qiáng)磁場原位水熱合成技術(shù)制備出了Se量子點(diǎn)/Sn0.99Pb0.01Se納米材料，研究了磁場對材料微結(jié)構(gòu)及其熱電性能的影響。研究人員分兩步制備材料，首先在不同的磁場下（零場，5T, 9T）進(jìn)行水熱合成，然后用放電等離子體燒結(jié)。在高角環(huán)形暗場掃描透射電鏡（HAADF-STEM）的表征中發(fā)現(xiàn)，磁場能夠?qū)Σ牧系奈⒔Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響：其一，磁場引起晶粒尺寸的減??；其二，磁場能夠?qū){米析出相的形狀、尺寸和空間分布產(chǎn)生明顯影響（圖1）；更重要的是，磁場還導(dǎo)致Se量子點(diǎn)的形成。針對微結(jié)構(gòu)的變化，通過對磁場下成核自由能的分析可以獲得很好的說明（圖2）。

課題組發(fā)現(xiàn)，磁場下合成的樣品的Seebeck系數(shù)大幅提高（圖3a），這主要?dú)w因于Se量子點(diǎn)的出現(xiàn)引起電子結(jié)構(gòu)的變化。紫外光電子能譜(UPS)測量表明，Se量子點(diǎn)導(dǎo)致費(fèi)米能(Ef)附近具有更大的電子態(tài)密度，從而提高了材料的Seebeck系數(shù)和功率因子。另一方面，磁場下合成的樣品中Se量子點(diǎn)、更小的晶粒尺寸、納米析出相使其具有極低熱導(dǎo)率。通過強(qiáng)磁場調(diào)控?zé)犭姴牧系碾娐曒斶\(yùn)，使得磁場下合成的樣品熱電優(yōu)值顯著增加，最大ZT約為2.0，與零場下制備的樣品相比，最大增幅達(dá)到了47%，證明了強(qiáng)磁場是提高熱電性能的有效手段。

該研究成果為熱電材料的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供了新思路，推動了新型高性能熱電材料的研發(fā)與應(yīng)用。