【產(chǎn)通社，6月20日訊】東南大學(xué)（Southeast University）官網(wǎng)消息，其物理學(xué)院王金蘭教授團(tuán)隊(duì)和機(jī)械工程學(xué)院陳云飛教授團(tuán)隊(duì)合作在二維高效率熱電材料設(shè)計(jì)上取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“A General Strategy for Designing Two-dimensional High-efficient Layered Thermoelectric Materials”為題，近日在線發(fā)表于國際著名期刊《Energy &Environmental Science》上。

熱電技術(shù)可以將廢熱和太陽能轉(zhuǎn)化為電能，對于開發(fā)可再生清潔能源設(shè)備具有重要意義。二維熱電材料因具有優(yōu)異的抗彎曲能力和柔韌性，在先進(jìn)熱電材料應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。然而，由于電學(xué)輸運(yùn)參數(shù)之間的相互約束和弱的聲子散射，二維材料中的功率因子低而晶格熱導(dǎo)率高，導(dǎo)致其熱電優(yōu)值（ZT）較低。因此，發(fā)展提升材料熱電優(yōu)值普適性的理論和策略，獲得高熱電優(yōu)值（ZT> 2）的二維熱電材料就變得尤為重要。

針對這一問題，物理學(xué)院王金蘭教授和機(jī)械工程學(xué)院陳云飛教授合作提出了一種普適的設(shè)計(jì)策略，即將具有pz軌道占據(jù)的孤對電子的原子厚度單層引入層狀材料的范德華間隙中來提高ZT。作為一個成功的例子，她們成功預(yù)測了一種新型的二維室溫?zé)犭姴牧螧iBi2X3（X = S/Se/Te）。這種材料可以通過將Bi單層插入到Bi2X3雙層的范德華間隙中被獲得。一方面，插入的Bi單層可以增大電子態(tài)密度，并使費(fèi)米能級附近的電子態(tài)密度急劇增加，進(jìn)而產(chǎn)生大的功率因子。另一方面，它同時引入了局部集體晶格振動模式和靈敏的靜電相互作用，分別實(shí)現(xiàn)了對低頻聲子輸運(yùn)和高頻聲子輸運(yùn)的獨(dú)立抑制，最終獲得了超高的ZT（室溫下二維BiBi2Te2S的ZT為2.12）。這個工作不僅揭示了納米范圍內(nèi)載流子和聲子的輸運(yùn)機(jī)理，也為先進(jìn)的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

本論文第一作者為東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士生張喜雯，通訊作者為王金蘭教授和陳云飛教授。該項(xiàng)工作得到了國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、東南大學(xué)優(yōu)博基金等的大力支持。查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站http://news.seu.edu.cn，以及http://doi.org/10.1039/D1EE00356A。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）