南方科技大学最新Science: “扭曲”的热性能

【引言】

热电技术是一种可以利用余热来发电的技术，为提高能力利用率开辟了新的途径。然而，目前热电材料的性能却一直限制着热电技术应用发展。通过引入不同的原子种类可以操纵材料的构型熵（configurational entropy），从而调控相组成并且为性能优化提供更大的空间。

【成果简介】

南方科技大学的何佳清（通讯作者）团队整合利用了熵工程设计，合成了具有优异热电性能的单相高熵合金。通过熵驱动结构稳定化，研究形成了n型硒化铅基高熵材料，并在该材料中将900K时的热电优值（zT值）强化到了1.8。进一步表征分析发现，这一高熵系统中的高度无序晶格造成了异常的剪切应变，对较低晶格热导率提供了强大的声子散射。随着合金元素的增加，无序状态却能稳定材料、避免其向多相化转变。因此，无序扭曲的晶格能够在维持电学性能的同时抑制热传输，为大幅提升材料的热转换效率提供了保证。基于这些实验结果，研究人员制备了分段部件，其热电转换效率在温度差为507K时可达到12.3%。这一工作为在高熵热电材料中优化热电性能提供了全新的范例。2021年02月19日，相关成果以题为“High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 熵工程提升热电材料及其模块部件的性能

图2通过增加熵来稳定单相结构

图3 不同尺度的应变分析

图4 Pb_0.99−ySb_0.012SnySe_1−2xTe_xS_x的热电性能

文献链接：High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abe1292）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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