【產(chǎn)通社，10月30日訊】南京理工大學（Nanjing University of Science and Technology）官網(wǎng)消息，其材料學院唐國棟副教授、北京航空航天大學趙立東教授、中科院固體物理研究所張建副研究員等人的研究成果在熱電材料性能領域實現(xiàn)了重大突破。他們通過簡單易操作、低成本的低溫化學合成，巧妙利用相分離和微結構調控等方法協(xié)調優(yōu)化材料的電聲輸運性能，在提高了材料的功率因子的同時使材料的熱導率明顯下降，從而極大地提高了SnSe多晶熱電材料性能。該研究成果發(fā)表在國際頂尖期刊《Journal of The American Chemical Society》（影響因子13.038）上。（Realizing high figure of merit in phase-separated polycrystalline Sn1-xPbxSe. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13647）。唐國棟副教授為該論文的第一作者和通訊作者，趙立東教授和張建副研究員為共同通訊作者。該研究還得到了國家自然科學基金，江蘇省自然科學基金的資助。

熱電材料是實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉換的新型能源材料，可利用傳統(tǒng)制造業(yè)（如汽車、鋼鐵、石化等）排放大量的工業(yè)余熱發(fā)電，對節(jié)能減排、保護環(huán)境有著重要意義。用熱電材料制造的溫差發(fā)電裝置和制冷裝置具有體積小、無需傳動部件、不排放污染物質、無磨損、可靠性高等諸多突出優(yōu)點，在溫差發(fā)電和便攜式制冷等領域有重要應用前景。目前，熱電材料較低的熱電效率，是制約熱電器件大規(guī)模應用的主要因素。2014年，美國西北大學研究組在Nature上報道了SnSe單晶沿b軸方向具有超低的熱導率從而取得極高的ZT峰值，在熱電領域引起了廣泛反響。相比于SnSe單晶，SnSe多晶塊體材料具有制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，機械性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點，具有廣闊應用前景。然而由于低的電導率和高的熱導率，SnSe多晶材料的熱電性能并不理想，研發(fā)高性能SnSe多晶熱電材料，成為領域難以攻克的難題。

研究人員采用低溫合成技術，通過降低材料的合成溫度結合快速非平衡燒結方法降低材料的固溶度，產(chǎn)生析出相，得到SnSe-PbSe相分離材料。由于Pb和Sn的電負性差異，Pb摻雜提高了載流子濃度，且PbSe比SnSe具有更窄帶隙和更高電導率，因此PbSe第二相有效提高了SnSe基體相的電導率和功率因子，并通過分層構架設計材料的微觀結構，調控材料的聲子輸運過程，大幅降低了材料的熱導率。最終通過協(xié)同調控優(yōu)化材料的電聲輸運性能，實現(xiàn)了熱電材料性能的新突破。使材料的熱電優(yōu)值ZT提升到1.7，打破了SnSe塊體多晶材料性能最高值記錄。這一研究對推動熱電材料的研發(fā)與應用，進而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

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