他！7年8篇Science，今再发Science！

热电技术在余热回收、发电和电子制冷等领域具有巨大的应用潜力，可以实现热电直接转换。

2023年5月25日，北京航空航天大学赵立东、秦炳超共同通讯在Science 在线发表题为“Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics”的研究论文，该研究发现了具有潜在发电和珀尔帖冷却性能的硒化锡(SnSe)晶体，并开发了一种用于缺陷工程的晶格“平整化”策略。

该研究证明了Cu可以填补Sn空位，以减弱缺陷散射并提高载流子迁移率，促进功率因数超过每厘米每平方开尔文约100微瓦，300开尔文时无量纲品质系数(ZT)约1.5,300至773开尔文时平均ZT约2.2。在300开尔文的温差(ΔT)和61.2开尔文的七对Peltier冷却ΔTmax下，进一步实现了约12.2%的单支效率。该结果对SnSe晶体在发电和电子冷却的实际应用具有重要意义。

值得注意是，这也是赵立东团队2016年以来以北航为通讯单位发表的第8篇Science！

热电技术的转换效率由热电材料的ZT决定，定义为ZT = S2σT/κtot(其中σ、S、T、κtot分别代表电导率、塞贝克系数、绝对温度、总导热系数)。为了实现高的转换效率，需要在工作温度范围内具有优越的平均ZT (ZTave)。已经设计了许多方法来提高热电性能，包括优化载流子浓度，操纵电子能带结构，全尺寸微观结构工程，以及电子和声子输运的去耦。

简单化合物SnSe是最有前途的热电候选材料之一，由于其强键非调和性，其导热系数极低。随后，高性能的p型和n型SnSe晶体被开发出来，主要是由于它们复杂的电子能带结构和三维(3D)电荷和二维声子输运特性，不断显示出它们在热电应用方面的潜力。此外，利用动量和能量多波段同步策略，铅合金p型SnSe晶体的热电性能，特别是在室温附近，功率因数(PF)为~75 mW cm−1 K−2，300 K时ZT为~1.2，从而打开了SnSe晶体用于热电发电和Peltier冷却的潜力。

对于SnSe晶体热电材料，无论是未掺杂还是掺杂的SnSe晶体都存在大量非化学计量缺陷，主要包括Sn空位。这些固有缺陷阻碍了载流子输运并降低了载流子迁移率，特别是在p型SnSe晶体中。因此，研究人员计划操纵SnSe晶体中的固有缺陷(特别是Sn空位)，这是改善载流子迁移率和热电性能的可行方法，特别是在室温下。

通过“晶格平整化”实现高性能发电和珀尔帖冷却（图源自Science ）

受结构材料研究中“成分平化”概念的启发，作者提出了“晶格平整化”策略，即利用适当数量的外在原子来操纵内在缺陷，促进载流子输运，从而实现具有更平坦(平化)晶格的高性能热电材料。在热电器件接口设计的同时，作者在基于SnCu0.001 Se的器件上实现了高性能发电和Peltier冷却。此外，提高的硬度和可加工性表明了点阵平化策略在实际应用中的优越性。该研究表明，可以基于高性能的SnCuxSe晶体设计更好的器件，并通过晶格化策略探索更多的高性能系统。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7196

转自：“iNature”微信公众号

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