合肥研究院在銅銻合金熱電性能研究中取得進展

2020-11-03 光明網

近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員秦曉英課題組在Cu3SbSe4熱電性能研究中取得新進展。通過協同調控功率因子和導熱性，提高銅銻合金的熱電性能，相關研究成果發表在Materials Today Energy上。

隨著工業社會的發展，化石燃料供應減少，為世界人口提供可持續的能源供應已成為21世紀的社會問題。熱電材料可用作固態冰箱或熱泵，且不需使用移動部件或對環境有害的液體。熱電技術使熱和電之間的直接轉換成為可能，因此，它被認為是一種有希望實現可持續發電的節能手段。熱電材料的效率轉換由無量綱值的熱電優值ZT定義。

近年來，Cu3SbSe4由於其組成元素廉價、本徵晶格熱導率低且電輸運性質優異等優點，引起科學家的關注。但是大多數研究集中在改善Cu3SbSe4基材料的熱電性能上，無有效方法在顯著提高功率因子的同時降低導熱係數。該研究中，科研人員將AgSb0.98Sn0.02Se2粒子引入Cu3Sb0.96Sn0.04Se4基體中，通過研磨和電火花等離子燒結技術，形成Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/x wt%AgSb0.98Sn0.02Se2（x = 0，1，3，5，7）納米複合材料。研究發現，由於導熱係數的降低和載流子遷移率的增強，Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/5wt%AgSb0.98Sn0.02Se2樣品的ZT值達到1.17；熱導率降低由多尺度大小的第二相AgSb0.98Sn0.02Se2增強聲子散射引起；界面缺陷導致的新受主能級引起遷移率增加和載流子濃度降低，從而進一步實現功率因子的增加。該研究表明，在Cu3Sb0.96Sn0.04Se4基體中嵌入AgSb0.98Sn0.02Se2顆粒，能夠顯著提高其熱電性能。

研究工作得到國家自然科學基金的支持。

論文連結

圖1.（a）-（c）Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/5 wt% AgSb0.98Sn0.02Se2的低放大率TEM圖像；（d）Cu3Sb0.96Sn0.04Se4矩陣和結構模型的HRTEM圖像（類似於Cu3SbSe4[021]）

圖2.Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/x wt%AgSb0.98Sn0.02Se2（x = 0，1，3，5，7）複合樣品在溫度300-673 K範圍內的電學性能：（a）電阻率（折射率）；（b）載流子濃度；（c）遷移率；（d）遷移率的對數隨溫度變化曲線圖

圖3.（a-b）本研究中所有樣品的總導熱係數和晶格導熱係數的隨溫度的變化；（c）複合材料中聲子輸運過程示意圖；（d）所有樣品在整個溫度範圍內的ZT值

來源： 合肥物質科學研究院

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