熱電材料是指通過材料內(nèi)部載流子運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的綠色環(huán)保型功能材料，其主要特點(diǎn)是對環(huán)境無污染和能源利用多樣性，有望緩解人類所面臨的兩大難題——能源危機(jī)和環(huán)境污染。評價熱電材料的性能通常使用熱電優(yōu)值公式：ZT＝TS2σ/κ，式中T為溫度，S為材料的賽貝克系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，κ為總的熱導(dǎo)率。其中，S2σ又被稱為功率因子PF，用于表征熱電材料的電學(xué)性能，而熱導(dǎo)率κ又是由晶格熱導(dǎo)率（κL）和電子熱導(dǎo)率（κE）兩部分組成。然而這些參數(shù)（S，σ，κ）之間存在互相依賴和互相制約的關(guān)系，因此，如何設(shè)計合成新型熱電材料成為目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳立明課題組在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和副研究員林華主持的國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目等資助下，與美國西北大學(xué)等機(jī)構(gòu)的學(xué)者開展合作，發(fā)現(xiàn)了一例新型熱電材料CsAg5Te3。研究表明，該化合物具有超低的晶格熱導(dǎo)（< 0.20 W/K/m，目前同一水平性能優(yōu)異熱電材料的zui低值），同時其熱電優(yōu)值ZT在727K達(dá)到1.5。理論計算表明，該超低的晶格熱導(dǎo)值歸因于一種之前從未發(fā)現(xiàn)的新型散射機(jī)制，即來源于三維孔道結(jié)構(gòu)中不同Ag配位的共同振動（Concerted Rattling）。該研究工作為探索新型熱電材料提供新的方向和思路。相關(guān)研究工作申請了中國發(fā)明（201410837415.4）和PCT（PCT/CN2014/095376），并以Concerted Rattling in CsAg5Te3 Leading to Ultralow Thermal Conductivity and High Thermoelectric Performance 為題發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, DOI: 10.1002/anie.201605015）。
此前，該課題組設(shè)計合成出具有雙離子隧道的熱電材料AxRE2Cu6-xTe6 (A=K–Cs; RE=La–Nd)（Chem. Mater. 2011, 23, 4910–4919.）；利用共摻雜取代得到*熱電性能的In4PbxSnySe3（Adv. Mater. 2013, 25, 4800–4806.）；利用“離子裁剪”方法得到層狀熱電材料TmCuTe2（Chem.-Eur. J. 2014, 20, 15401–15408.,Hot Paper）；發(fā)現(xiàn)超離子熱電材料Ag1-xCuSe（Inorg. Chem.2015, 54, 867–871.）。
福建物構(gòu)所新型能熱電材料研究獲進(jìn)展
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