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百人特聘教授簡基康課題組在國際權威學術期刊《NANO ENERGY》發表研究論文


作者:    點擊量:   更新日期:2019-06-19 

        我院百人特聘教授簡基康課題組在硒化錫納米結構合成與熱電性能研究中取得重要進展,研究結果近日在線發表于能源領域的國際權威學術期刊《NANO ENERGY》(2016年雜志的影響因子為12.343)。
     世界能源大部分是以低品質的熱能形式浪費了,而熱電材料能夠實現熱能和電能之間的直接轉化,基于熱電材料的熱電器件具有無噪音、無振動部件、便攜、可靠性高等優點,在廢熱發電和制冷等應用領域具有獨特優勢,是新能源研究的重要方向之一。熱電材料的性能指標“熱電優值ZT”決定了最終器件的轉化效率,ZT值由材料的熱導、電導和Seebeck系數確定。由于這三個參數相互關聯耦合,難以單獨調節以提升材料性能。學界發展了多種方法來將三者去耦合,其中通過材料納米化引入多種聲子散射機制以降低晶格熱導,同時使電導少受影響甚至增強,是一個重要的策略。
      硒化錫(SnSe)是近年新興的熱電材料,受到熱電材料研究界的高度關注。北京航空航天大學趙立東教授2014年在美國西北大學、2016年在北航先后在國際頂級學術期刊《nature》和《Science》報道了SnSe單晶及其摻雜體具有超高的ZT值,達到2.6,理論指出強的非諧效應導致的超低晶格熱導是材料具有超高ZT值的內在物理原因。由于多晶材料比單晶更有應用潛力,受此激勵,國內外一些課題組對SnSe多晶材料的熱電性能進行了研究,然而結果卻很不理想,大多數報道的ZT都在0.5以下,甚至熱導也高于單晶材料。
      基于納米結構化降低材料晶格熱導提升熱電性能的策略,廣東工業大學物理學院百人特聘教授簡基康課題組與中科院物理研究所趙懷周副研究員課題組合作,對SnSe納米帶的合成與熱電性能進行了深入研究。簡基康教授指導研究生通過溶劑熱法首次合成了SnSe單晶納米帶,物相、微結構和譜學的多種物化分析手段證明所合成的是高質量的單晶納米帶,并且生長方向是SnSe大單晶中熱電性能最優的方向;通過與物理所趙懷周副研究員課題組合作進行的深入熱電輸運性質分析發現, SnSe單晶納米帶熱壓構成的塊體材料,由于小的晶粒尺寸導致大的晶界聲子散射,晶格熱導顯著降低,從而表現出比單晶體和普通多晶體更低的熱導,雖然其電導比單晶體明顯減小,但其最大ZT值較以前文獻報道的普通SnSe多晶材料提高了約60%。
      這項研究表明,納米結構SnSe多晶體是非常有潛力的熱電材料,其熱電性能有很大提升空間,完全可以通過晶界工程等多種策略協調作用進一步改善其性能,為構造新型高效環保的熱電器件提供材料基礎。
       論文工作第一單位是廣東工業大學物理學院,第一作者是簡基康教授指導的碩士研究生郭靚;大連交通大學張志華教授、哈爾濱工業大學宋波教授、同濟大學裴艷中教授在微結構表征、性能分析和霍爾效應測試等方面提供了幫助。

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