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百人特聘教授简基康课题组在国际权威学术期刊《NANO ENERGY》发表研究论文


作者:    点击量:   更新日期:2019-06-19 

        我院百人特聘教授简基康课题组在硒化锡纳米结构合成与热电性能研究中取得重要进展,研究结果近日在线发表于能源领域的国际权威学术期刊《NANO ENERGY》(2016年杂志的影响因子为12.343)。
     世界能源大部分是以低品质的热能形式浪费了,而热电材料能够实现热能和电能之间的直接转化,基于热电材料的热电器件具有无噪音、无振动部件、便携、可靠性高等优点,在废热发电和制冷等应用领域具有独特优势,是新能源研究的重要方向之一。热电材料的性能指标“热电优值ZT”决定了最终器件的转化效率,ZT值由材料的热导、电导和Seebeck系数确定。由于这三个参数相互关联耦合,难以单独调节以提升材料性能。学界发展了多种方法来将三者去耦合,其中通过材料纳米化引入多种声子散射机制以降低晶格热导,同时使电导少受影响甚至增强,是一个重要的策略。
      硒化锡(SnSe)是近年新兴的热电材料,受到热电材料研究界的高度关注。北京航空航天大学赵立东教授2014年在美国西北大学、2016年在北航先后在国际顶级学术期刊《nature》和《Science》报道了SnSe单晶及其掺杂体具有超高的ZT值,达到2.6,理论指出强的非谐效应导致的超低晶格热导是材料具有超高ZT值的内在物理原因。由于多晶材料比单晶更有应用潜力,受此激励,国内外一些课题组对SnSe多晶材料的热电性能进行了研究,然而结果却很不理想,大多数报道的ZT都在0.5以下,甚至热导也高于单晶材料。
      基于纳米结构化降低材料晶格热导提升热电性能的策略,广东工业大学物理学院百人特聘教授简基康课题组与中科院物理研究所赵怀周副研究员课题组合作,对SnSe纳米带的合成与热电性能进行了深入研究。简基康教授指导研究生通过溶剂热法首次合成了SnSe单晶纳米带,物相、微结构和谱学的多种物化分析手段证明所合成的是高质量的单晶纳米带,并且生长方向是SnSe大单晶中热电性能最优的方向;通过与物理所赵怀周副研究员课题组合作进行的深入热电输运性质分析发现, SnSe单晶纳米带热压构成的块体材料,由于小的晶粒尺寸导致大的晶界声子散射,晶格热导显著降低,从而表现出比单晶体和普通多晶体更低的热导,虽然其电导比单晶体明显减小,但其最大ZT值较以前文献报道的普通SnSe多晶材料提高了约60%。
      这项研究表明,纳米结构SnSe多晶体是非常有潜力的热电材料,其热电性能有很大提升空间,完全可以通过晶界工程等多种策略协调作用进一步改善其性能,为构造新型高效环保的热电器件提供材料基础。
       论文工作第一单位是广东工业大学物理学院,第一作者是简基康教授指导的硕士研究生郭靓;大连交通大学张志华教授、哈尔滨工业大学宋波教授、同济大学裴艳中教授在微结构表征、性能分析和霍尔效应测试等方面提供了帮助。


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