同济大学：比玻璃更绝热的新材料用于热电能源转换

【成果简介】

同济大学材料学院裴艳中教授课题组利用元胞中原子数目衡量材料晶体结构的复杂度、利用声音传播速度表征材料的化学键强，从而得出声学波截止频率是开发具有特定晶格热导率材料的定量指导依据。该研究工作以“High thermoelectric performance of Ag₉GaSe₆ enabled by low cut-off frequency of acoustic phonons”为标题在能源领域新杂志《Joule》上在线发表。该期刊是权威学术出版社Cell最新发行的关于能源研究的姐妹刊物。

【图文导读】

图1 室温下Ag₉Ga（Se_1-xTe_x）₆的归一化光吸收与光子能量的关系

图2 室温下半导体晶格热导率与声学声子的截止频率之比

【研究内容】

热电能源转换材料通过热流直接驱动电荷定向移动实现热能发电，是清洁能源技术的典型代表。为有效维持电荷定向迁移的驱动力，热电材料应具有低热导率即良好的绝热性能、以及良好的导电能力，因此热电材料多为半导体材料。晶胞结构复杂性及化学键强弱是评估材料晶格热导率（原子振动引起的热导率）的经验性手段。

据此，该研究团队着重研究新型半导体热电材料Ag₉GaSe₆，利用其复杂晶体结构及Ag离子的高迁移特性，在该材料中实现了极低的声学波截止频率（仅为0.5THz）。该声学波截止频率为目前已知半导体材料中最低值之一；所获得的材料晶格热导率仅为0.15 W/m K，与木头相当、约是玻璃的1/5，是已知致密固体材料中最低值之一、仅为空气热导率的三倍。作为一类新型热电材料，Ag₉GaSe₆凭借其极低的晶格热导率在800 K时热电优质高达1.5，媲美于现有高性能热电材料。

本研究提出声学支截止频率设计材料晶格热导率的观点，不仅可以实现快速评估材料晶格热导率，而且为新型热电材料、保温材料及高热导率材料等热功能材料的研究和设计开发提供了新思路。

原文链接：http://news.tongji.edu.cn/classid-8-newsid-55726-t-show.html。

文献链接：High thermoelectric performance of Ag9GaSe6 enabled by low cut-off frequency of acoustic phonons（Joule，2017，DOI： http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2017.09.006）

本文由材料人编辑部王冰编辑，点我加入材料人编辑部。

材料测试，数据分析，上测试谷。