同濟大學：比玻璃更絕熱的新材料用于熱電能源轉換

【成果簡介】

同濟大學材料學院裴艷中教授課題組利用元胞中原子數目衡量材料晶體結構的復雜度、利用聲音傳播速度表征材料的化學鍵強，從而得出聲學波截止頻率是開發具有特定晶格熱導率材料的定量指導依據。該研究工作以“High thermoelectric performance of Ag₉GaSe₆ enabled by low cut-off frequency of acoustic phonons”為標題在能源領域新雜志《Joule》上在線發表。該期刊是權威學術出版社Cell最新發行的關于能源研究的姐妹刊物。

【圖文導讀】

圖1 室溫下Ag₉Ga（Se_1-xTe_x）₆的歸一化光吸收與光子能量的關系

圖2 室溫下半導體晶格熱導率與聲學聲子的截止頻率之比

【研究內容】

熱電能源轉換材料通過熱流直接驅動電荷定向移動實現熱能發電，是清潔能源技術的典型代表。為有效維持電荷定向遷移的驅動力，熱電材料應具有低熱導率即良好的絕熱性能、以及良好的導電能力，因此熱電材料多為半導體材料。晶胞結構復雜性及化學鍵強弱是評估材料晶格熱導率（原子振動引起的熱導率）的經驗性手段。

據此，該研究團隊著重研究新型半導體熱電材料Ag₉GaSe₆，利用其復雜晶體結構及Ag離子的高遷移特性，在該材料中實現了極低的聲學波截止頻率（僅為0.5THz）。該聲學波截止頻率為目前已知半導體材料中最低值之一；所獲得的材料晶格熱導率僅為0.15 W/m K，與木頭相當、約是玻璃的1/5，是已知致密固體材料中最低值之一、僅為空氣熱導率的三倍。作為一類新型熱電材料，Ag₉GaSe₆憑借其極低的晶格熱導率在800 K時熱電優質高達1.5，媲美于現有高性能熱電材料。

本研究提出聲學支截止頻率設計材料晶格熱導率的觀點，不僅可以實現快速評估材料晶格熱導率，而且為新型熱電材料、保溫材料及高熱導率材料等熱功能材料的研究和設計開發提供了新思路。

原文鏈接：http://news.#edu.cn/classid-8-newsid-55726-t-show.html。

文獻鏈接：High thermoelectric performance of Ag9GaSe6 enabled by low cut-off frequency of acoustic phonons（Joule，2017，DOI：?http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2017.09.006）

本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。

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