中科院固体所在热电材料研究方面取得进展

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近期，中科院固体所秦晓英研究员课题组在热电材料性能研究方面取得新进展。
以热电材料为核心部件的热电器件可以将热能和电能进行直接转换，无需运动部件，不产生噪音污染，也不排放任何有毒或温室气体，既可利用废热发电也可用于固态制冷。2014年，美国西北大学研究组在Nature上报道了SnSe单晶沿b轴方向具有超低的热导率从而取得极高的ZT峰值，在热电领域引起了广泛反响。但是采用单晶材料制作热电器件有一定的局限性，而目前研究报道的多晶SnSe材料其无量纲优值ZT较低。因此如何提高多晶SnSe材料ZT值是目前热电材料研究领域亟待解决的问题。
该团队李地副研究员等在SnSe基体中引入第二相PbTe纳米颗粒，通过提升复合材料体系载流子浓度来增强体系的导电性，进而成功地增加了复合体系的功率因子，同时由于纳米颗粒对声子的界面散射和双极效应的抑制作用，降低了体系的热导率，最终成功制备出ZT值高达1.26 (880K)的多晶SnSe复合材料体系。研究表明，通过引入适当的纳米复合物可以有效地提高多晶SnSe化合物的热电性能。相关研究成果以Enhanced thermoelectric performance in SnSe based composites with PbTe nanoinclusions为题发表于Energy 116, 861-866 (2016)上。

图1.多晶SnSe复合体系样品的(a)功率因子(b)热导率(c)晶格热导率(d)热电优值ZT随温度的变化趋势 

图2. 多晶SnSe复合体系样品1.5%PbTe/SnSe的微结构表征 

该工作得到国家自然科学基金，安徽省自然科学基金以及中科院固体所所长基金的支持。

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