第6篇！北航趙立東教授最新成果再次刊登science

【導讀】

熱電材料具有巨大的綠色能源發電潛力，因為它們可以實現熱電之間的直接轉換。熱電性能由無量綱品質因數決定，ZT=S²σT/κ_tot,其中S、σ、T、κ_tot分別表示塞貝克系數、電導率、開爾文絕對溫度和總導熱系數，其中包括晶格導熱系數κ_lat和電子導熱系數κ_ele。盡管這些參數之間復雜的相互關系對優化熱電性能提出了挑戰，但經過數十年的努力，研究人員已經開發出幾種策略來解決它，包括能帶結構工程以增強電傳輸特性，設計多維缺陷以抑制熱傳導，并利用固有的低熱導率材料專注于優化電傳輸性能。由于這些策略，ZT_max值超過2.0的熱電材料不再像幾十年前那樣罕見。而ZT值過高可能是溫度因素造成的。用Z代替ZT計算電子和聲子在不同溫度下的輸運更直觀。在熱電器件的設置上，一些最先進的熱電材料仍然不能滿足必要的要求，因為實際的熱電器件要求在寬溫度范圍內ZT高，即ZT_ave高。

寬帶隙半導體最近受到了廣泛關注，因為它們在很寬的溫度范圍內表現出高熱電性能。SnSe 是一種層狀半導體，具有E_g?~ 33 k_BT (0.86 eV)的寬帶隙，在 p 型和 n 型晶體中均表現出顯著的熱電性能。最近在p型SnSe晶體中動量和能量多能帶排列的策略已經在300至 773 K 沿面內方向實現了~1.9的高ZT_ave?。然而，其n型對應物在相同溫度范圍內的熱電性能需要進一步提高。與p型SnSe晶體相比，n型SnSe晶體在面外方向上比在面內方向上實現更高的熱電性能。

【成果掠影】

今日，北京航空航天大學趙立東教授聯合奧地利科學技術學院Cheng Chang教授報道通過在n型SnSe中使用Cl和Pb促進3D電荷傳輸和加強2D聲子散射來提高μH并降低κ_lat?，從而證明了電子和聲子去耦。通過降低變形勢來實現高μH，這源于應變和溫度引起的高晶體對稱性。此外，通過Pb合金化誘導質量和應變波動降低了 ??κ_lat。應用相變速率模型來修改相變期間的真實κ_tot。最后，得到了n型SnSe-Cl-PbSe晶體在748k時的Z_max約為4.1×10^?3?K^?1，在300到773K時的ZT_ave約為1.7。還測量了SnSe-Cl-PbSe的面內和面外方向的熱電特性，以表明其優異的面外熱電性能。這些發現減輕了p型和n型SnSe晶體之間的熱電性能差距，并表明聲子-電子去耦在實現高性能熱電方面的關鍵作用。相關研究成果以“High thermoelectric performance realized through manipulating layered phonon-electron decoupling”為題發表在science上。

【數據概覽】

圖 1。通過增強 3D 電荷和 2D 聲子傳輸使電子和聲子去耦。

圖 2。沿面外方向的電傳輸特性。

圖 3。促進載體流動性。

圖 4。沿面外方向的熱傳輸特性。

文獻鏈接：“High thermoelectric performance realized through manipulating layered phonon-electron decoupling”（science，2022，10.1126/science.abn8997）