【產(chǎn)通社，1月8日訊】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（Shanghai Institute of Ceramics of the Chinese Academy of Sciences，SICCAS）官網(wǎng)消息，仇鵬飛副研究員、史迅研究員、陳立東研究員與上海大學(xué)楊炯教授等合作，最近成功發(fā)現(xiàn)了一種具有本征極低晶格熱導(dǎo)率和電學(xué)性能可調(diào)控的高性能n型類金剛石結(jié)構(gòu)化合物AgInSe2。在900K時(shí)，AgInSe2基化合物的最高熱電優(yōu)值達(dá)到1.1，與目前已報(bào)道的最好的p型類金剛石結(jié)構(gòu)化合物（如CuGaTe2, CuInTe2）相當(dāng)。在此基礎(chǔ)上，首次制備了類金剛石結(jié)構(gòu)化合物熱電元器件，展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。

AgInSe2的禁帶寬度約為1.2eV，以往對(duì)AgInSe2的研究主要集中在光電領(lǐng)域的應(yīng)用。該工作發(fā)現(xiàn)AgInSe2具有遠(yuǎn)低于其它類金剛石結(jié)構(gòu)化合物的晶格熱導(dǎo)率。在室溫下，AgInSe2的晶格熱導(dǎo)率僅為0.99W m-1 K-1，與無定形的玻璃相當(dāng)。第一性原理計(jì)算表明，AgInSe2的聲子譜中存在大量的低頻光學(xué)支，強(qiáng)烈散射與其頻率接近的晶格聲子，這是導(dǎo)致AgInSe2低晶格熱導(dǎo)率的根本原因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這些低頻光學(xué)支來自“Ag-Se cluster”的協(xié)同振動(dòng)。在AgInSe2晶體結(jié)構(gòu)中，Ag和Se以較強(qiáng)的化學(xué)鍵相結(jié)合，而In和上述兩種原子的化學(xué)鍵較弱。因此，Ag和Se可以形成具有較大總體質(zhì)量的“Ag-Se cluster”，且其所受的束縛力較弱，因而表現(xiàn)出低的聲子振動(dòng)頻率。另一方面，通過在AgInSe2中引入Se空位或在Ag位引入Cd元素進(jìn)行摻雜，可以實(shí)現(xiàn)材料電導(dǎo)率數(shù)量級(jí)的提升。初步研究表明，具有少量Se空位的AgInSe2化合物的熱電優(yōu)值在900 K達(dá)到1.1。

基于高性能n型AgInSe2化合物與該研究團(tuán)隊(duì)前期報(bào)道的p型CuInTe2基化合物（J. Mater. Chem. A, 2016,4,1277），該團(tuán)隊(duì)首次制備了具有2對(duì)熱電單偶的類金剛石結(jié)構(gòu)化合物熱電元器件。利用電鍍和釬焊技術(shù)，成功在熱電單偶的冷端和熱端分別連接了Ni電極和Mo-Cu電極。初步測(cè)試結(jié)果表明，在520K溫差下，器件的最高輸出功率為0.06W。如能進(jìn)一步優(yōu)化器件界面處接觸電阻和接觸熱阻，其性能將獲得進(jìn)一步提升。

相關(guān)研究成果發(fā)表于Advanced Science雜志（DOI: 10.1002/advs.201700727）。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目，上海優(yōu)秀學(xué)科帶頭人、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助和支持。

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