南方科技大學最新Science: “扭曲”的熱性能

nanoCJ 3年前 (2021-02-19) 2636瀏覽

【引言】

熱電技術是一種可以利用余熱來發電的技術，為提高能力利用率開辟了新的途徑。然而，目前熱電材料的性能卻一直限制著熱電技術應用發展。通過引入不同的原子種類可以操縱材料的構型熵（configurational entropy），從而調控相組成并且為性能優化提供更大的空間。

【成果簡介】

南方科技大學的何佳清（通訊作者）團隊整合利用了熵工程設計，合成了具有優異熱電性能的單相高熵合金。通過熵驅動結構穩定化，研究形成了n型硒化鉛基高熵材料，并在該材料中將900K時的熱電優值（zT值）強化到了1.8。進一步表征分析發現，這一高熵系統中的高度無序晶格造成了異常的剪切應變，對較低晶格熱導率提供了強大的聲子散射。隨著合金元素的增加，無序狀態卻能穩定材料、避免其向多相化轉變。因此，無序扭曲的晶格能夠在維持電學性能的同時抑制熱傳輸，為大幅提升材料的熱轉換效率提供了保證。基于這些實驗結果，研究人員制備了分段部件，其熱電轉換效率在溫度差為507K時可達到12.3%。這一工作為在高熵熱電材料中優化熱電性能提供了全新的范例。2021年02月19日，相關成果以題為“High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 熵工程提升熱電材料及其模塊部件的性能