顆粒在線訊：熱電材料允許熱和電之間的直接轉(zhuǎn)換，在發(fā)電與制冷領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用潛力。然而高性能熱電材料要求材料能在大溫差下，同時具備高的電傳輸特性與低的熱傳輸性能，而高導(dǎo)電和低導(dǎo)熱是一對矛盾體，這嚴(yán)重制約了其進一步發(fā)展和應(yīng)用。熱電材料的發(fā)電和制冷效率主要由材料的無量綱熱電優(yōu)值ZTave決定，更高的ZT值意味著更大的能量轉(zhuǎn)換效率。有鑒于此，北京航空航天大學(xué)趙立東和奧地利科學(xué)技術(shù)研究院常誠等人合作，報道了一種氯摻雜鉛合金化的N型硒化錫晶體，其在300 ~ 773開爾文條件下，ZT值達到了1.7，沿面外方向表現(xiàn)出優(yōu)異的三維電荷和二維聲子輸運特性，其最大Zmax為~ 3.6×10-3/kelvin，氯誘導(dǎo)的低變形勢提高了載流子的遷移率。鉛引起的質(zhì)量和應(yīng)變波動降低了晶格的導(dǎo)熱系數(shù)。聲子-電子解耦是實現(xiàn)高性能熱電器件的關(guān)鍵。

本文要點：

1）利用層狀材料在層外方向的低熱導(dǎo)特點，通過調(diào)節(jié)晶體結(jié)構(gòu)對稱性在層外方向改善了載流子在層間的遷移，從而促進了層間方向的電子遂穿。

2）通過聲子-電子去耦發(fā)現(xiàn)氯摻雜和鉛合金硒化錫晶體的聲—電耦合程度大幅降低，載流子遷移率(μ)可提升~30%。在748開爾文時具有約4.1×10-3/kelvin的極具吸引力的高Zmax，在300至773開爾文時ZTave為約1.7。

3）相比于Br摻雜，氯誘導(dǎo)的低變形勢進一步提高了載流子遷移率，同時鉛引起的質(zhì)量和應(yīng)變波動降低了晶格熱導(dǎo)率。聲子-電子解耦對于實現(xiàn)高性能熱電器件起著關(guān)鍵作用。

圖1. 電子和聲子通過強化三維電荷和二維聲子輸運而解耦

文章鏈接：

Lizhong Su et al. High thermoelectric performance realized through manipulating layered phonon-electron decoupling. Science, 2022, 375, 1385

DOI:10.1126/science.abn8997 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8997