SCMs|Cu1.8S基合金的热电性能和电稳定性增强：熵工程和Cu空位工程

无污染、低成本和高性能Cu_1.8S基类液态热电材料受到关注。但是，其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升。

近日，北京科技大学张波萍教授、裴俊博士和日本国立材料研究所李和章博士等人在Science China Materials发表研究论文，采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu_1.8S和Mn_xCu_1.8S_0.5Se_0.5（0.01 ≤ x ≤ 0.06）块体热电材料。

本文要点：

1) 随着Se和Mn的引入，体系由低熵Cu_1.8S（0.4R*）转变为中熵Mn_xCu_1.8S_0.5Se_0.5（1.2R*）。构型熵的增加不仅提高了体系的结构对称性，Mn_xCu_1.8S_0.5Se_0.5室温下呈立方相结构，还增大了Mn的固溶度。

2) 高浓度Mn固溶有效填补了过高的本征Cu空位，降低了载流子浓度，优化了能带结构，提升了电输运性能。

3) 熵工程一方面增大了Cu离子迁移势垒，抑制Cu离子迁移。750 K下，即使电流密度达到24 A cm^-2，Mn_0.03Cu_1.8S_0.5Se_0.5的电阻也几乎没有变化，显示出优异的电稳定性；同时可降低声速，软化晶格，降低晶格热导率。

4) Mn_0.06Cu_1.8S_0.5Se_0.5的块体样品在773 K时获得最大ZT值0.79，相较于初始样品提高了两倍。

本研究表明了熵工程结合Cu空位工程是提升Cu_1.8S基热电材料性能的有效策略。

文章信息

Zhou W., Li H., Shan Z., et al. Enhanced thermoelectric properties and electrical stability for Cu_1.8S-based alloys: Entropy engineering and Cu vacancy engineering. Sci. China Mater. (2023).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2306-4

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