近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員秦曉英課題組在Cu₃SbSe₄熱電性能研究中取得新進(jìn)展。通過(guò)協(xié)同調(diào)控功率因子和導(dǎo)熱性，提高銅銻合金的熱電性能，相關(guān)研究成果發(fā)表在Materials Today Energy上。

隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，化石燃料供應(yīng)減少，為世界人口提供可持續(xù)的能源供應(yīng)已成為21世紀(jì)的社會(huì)問(wèn)題。熱電材料可用作固態(tài)冰箱或熱泵，且不需使用移動(dòng)部件或?qū)Νh(huán)境有害的液體。熱電技術(shù)使熱和電之間的直接轉(zhuǎn)換成為可能，因此，它被認(rèn)為是一種有希望實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)電的節(jié)能手段。熱電材料的效率轉(zhuǎn)換由無(wú)量綱值的熱電優(yōu)值ZT定義。

近年來(lái)，Cu₃SbSe₄由于其組成元素廉價(jià)、本征晶格熱導(dǎo)率低且電輸運(yùn)性質(zhì)優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，引起科學(xué)家的關(guān)注。但是大多數(shù)研究集中在改善Cu₃SbSe₄基材料的熱電性能上，無(wú)有效方法在顯著提高功率因子的同時(shí)降低導(dǎo)熱系數(shù)。該研究中，科研人員將AgSb_0.98Sn_0.02Se₂粒子引入Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄基體中，通過(guò)研磨和電火花等離子燒結(jié)技術(shù)，形成Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄/x wt%AgSb_0.98Sn_0.02Se₂（x = 0，1，3，5，7）納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)熱系數(shù)的降低和載流子遷移率的增強(qiáng)，Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄/5wt%AgSb_0.98Sn_0.02Se₂樣品的ZT值達(dá)到1.17；熱導(dǎo)率降低由多尺度大小的第二相AgSb_0.98Sn_0.02Se₂增強(qiáng)聲子散射引起；界面缺陷導(dǎo)致的新受主能級(jí)引起遷移率增加和載流子濃度降低，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)功率因子的增加。該研究表明，在Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄基體中嵌入AgSb_0.98Sn_0.02Se₂顆粒，能夠顯著提高其熱電性能。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100491

圖1.（a）-（c）Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄/5 wt% AgSb_0.98Sn_0.02Se₂的低放大率TEM圖像；（d）Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄矩陣和結(jié)構(gòu)模型的HRTEM圖像（類(lèi)似于Cu₃SbSe₄[021]）

圖2.Cu₃Sb_0.96Sn_0.04Se₄/x wt%AgSb_0.98Sn_0.02Se₂（x = 0，1，3，5，7）復(fù)合樣品在溫度300-673 K范圍內(nèi)的電學(xué)性能：（a）電阻率（折射率）；（b）載流子濃度；（c）遷移率；（d）遷移率的對(duì)數(shù)隨溫度變化曲線圖

圖3.（a-b）本研究中所有樣品的總導(dǎo)熱系數(shù)和晶格導(dǎo)熱系數(shù)的隨溫度的變化；（c）復(fù)合材料中聲子輸運(yùn)過(guò)程示意圖；（d）所有樣品在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的ZT值