近期，中科院合肥研究院固體所材料應用技術研究室秦曉英研究員課題組在Cu₃SbSe₄材料熱電性能研究方面取得新進展。通過利用等離子火花燒結技術在銅銻合金共摻雜中實現了超低導熱性能和優異的熱電性能。相關研究成果發表在ACS Applied Materials&Interfaces 上。

　　熱電(TE)技術使熱和電之間的直接轉換成為可能，因此被認為是一種很有希望的可持續發電和節能手段。TE的轉換效率由無量綱值來定義，ZT=S²T /(κρ)，S是塞貝克系數，T是絕對溫度，ρ是電阻率，κ是總熱導率。三個參數S、ρ和κ是相互依存的，這限制了高性能熱電材料的發展。然而，κ可以通過一些典型的聲子阻斷方法相對獨立地調節，例如點缺陷、晶界、晶格應變工程、位錯、全尺度分級納米介觀結構和嵌入在基質中的內皮納米結構。

　　Cu₃SbSe₄基材料因其成本低、生態友好、元素豐度高等優點，在中溫范圍內引起了廣泛關注。可以采用自上而下的方法(如機械合金化(MA)、熔合法)和自下而上的方法(如共沉淀法和溶劑型合成法)來制備。一般來說，所得化合物的熱電性能取決于制備方法。然而，由于熱導率高，熔合法制備的Cu₃SbSe₄基體系的峰值(ZT)通常小于1。

　　為此，科研人員通過共沉淀法結合火花等離子燒結技術，原位制備出Cu₃Sb_0.94Sn_0.06Se_4-yS_y /Cu₃SbSe₃納米復合材料。一方面，由于其納米沉淀物增強了聲子散射，導致了其超低的熱導率；另一方面，其電子態密度有效質量的提高使得其塞貝克系數得到提高，最終導致Cu₃Sb_0.94Sn_0.06Se_4-yS_y / Cu₃SbSe₃納米復合材料熱電性能得到有效提升， ZT值高達1.32。

　　該工作得到國家自然科學基金的支持。

　　文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b20103

　　圖1. (a) Cu₃Sb_0.94Sn_0.06Se_2.5S_1.5的低磁場透射電鏡圖像；嵌入(a) Cu₃SbSe₄基材料的尺寸分布直方圖；(b-d)沉淀和基體的HR TEM圖像。

　　圖2. Cu₃Sb_0.94Sn_0.06Se_4？yS_y(y=0.5、1和1.5)隨溫度相關的(a)比熱；(b)熱導率；(c)晶格熱導率；(d)ZT值。