近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所秦曉英研究員課題組在熱電材料性能研究方面取得重要進展，通過Ag、In合金化在p型贗立方結構的CuGaTe₂材料中引入多組元疇結構，抑制材料中聲子輸運的同時顯著增強其熱電勢，進而在大幅降低熱導率的同時保持較高的功率因子，最終其熱電性能獲得大幅提升，熱電優(yōu)值ZT=1.64@873K，為該體系已報道最高值。相關結果在線發(fā)表在Advanced Materials 雜志上。

　　以熱電材料為核心部件的熱電器件可以將熱能和電能進行直接轉換，無需運動部件，不產生噪音污染，也不排放任何有毒或溫室氣體。黃銅礦結構的材料體系CuGaTe₂等由于其較高的功率因子而備受關注，但是其固有的較高的晶格熱導率限制了該體系熱電性能的進一步提升。

　　針對該材料體系，并基于前期研究基礎，固體所科研人員通過在CuGaTe₂中引入等電子元素In和Ag，制備出具有復雜的納米尺寸應變疇結構的多組元合金化合物體系Cu_1-xAg_xGa_0.4In_0.6Te₂ (0≤x≤0.4)。納米尺度的多組元疇結構引起了強烈的聲子散射 (如圖1，2)，使得優(yōu)化的化合物體系熱導率大幅下降，例如：在300K時的熱導率從基體化合物CuGaTe₂的6.1 W·m^-1·K^-1下降到x=0.4樣品的1.5 W·m^-1·K^-1，如圖3。最終，優(yōu)化的黃銅礦樣品Cu_0.7Ag_0.3Ga_0.4In_0.6Te₂具有優(yōu)異的熱電性能，ZT達到該體系已報道最高值1.64 (873K，如圖1)，在300-873K溫度區(qū)間的平均ZT達到0.73，相比純相CuGaTe₂分別提升了約37％和35％，表明在這種黃銅礦化合物中，等電子元素合金化以及納米尺度的疇結構可以有效地抑制熱導率并顯著提高其熱電性能。相關工作也為后續(xù)通過微觀結構的設計和構建提高其他相關材料體系的熱電性能提供了重要參考。

　　該工作得到國家自然科學基金，安徽省自然科學基金的支持。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201905210

圖1. 疇結構在黃銅礦樣品中的分布及其對電聲輸運調控的示意圖和復合體系Cu_1-xAg_xGa_0.4In_0.6Te₂的熱電優(yōu)值ZT與溫度對應關系。

圖2. 復合物樣品的高分辨圖像及GPA應力分析顯示出疇區(qū)及疇界的分布。

圖3. 復合體系Cu_1-xAg_xGa_0.4In_0.6Te₂  (x=0, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40)的晶格熱導率隨溫度變化曲線。