《科学通报》2025年2月下旬刊(“高性能铅锡硫族热电材料专辑”| 文章速递

热电转换技术是一种绿色能源转化技术, 可以实现热能与电能之间的直接相互转换. 热电发电和制冷的效率很大程度上受到热电材料的性能优值ZT值的影响. 铅锡硫族热电材料(PbQ, SnQ, Q=S, Se, Te)因其卓越的中低温宽温域热电性能而备受研究者关注.封面图片展示了热电材料在发电和制冷方面的应用, 并列举了几种代表性的铅锡硫族热电材料. 相关的材料制备、性能调控与应用详见本期专辑.

高性能铅锡硫族热电材料专辑

编者按

高性能铅锡硫族热电材料的制备、性能调控与应用

赵立东

进展

晶界热电材料: 热电参数调控策略及研究进展

李雨欣, 何文科

多晶热电材料中, 晶界作为各类缺陷形成以及调控的重要场所, 在热电输运中扮演着重要角色. 本文系统阐述了晶界对载流子(电子或空穴)和声子输运的影响及其作用机制, 并总结了基于晶界调控实现热电参数提升及协同优化的有效策略, 为未来高效晶界热电材料的研发提供了理论和实验基础.

“二维声子-三维电荷”热电传输特性研究进展

高天, 宿力中, 赵立东

近年来, 具有“二维声子-三维电子”热电传输特性的热电材料表现出优异的热电性能, 在本征低热导材料中筛选具有该传输特性的材料逐步成为开发新型高效热电材料的标准之一. 本文介绍了该热电输运特性的机理与特点, 并对其当前研究进展与未来发展方向进行了总结与展望.

碲化锡基热电材料的研究进展

庞慧梅, 王华才

热电材料能够实现热能与电能的直接相互转换, 是极具潜力的新型能源材料之一. 中温区热电材料SnTe因其环境友好、电导率高等特性引起了研究者的广泛关注. 本文归纳了对p型SnTe热电性能的优化策略以及对n型SnTe材料和热电器件的研究进展，以期为SnTe进一步研究和应用提供参考.

n型硒化锡晶体热电材料研究进展

宿力中, 冯孝坤

近年来, n型与p型SnSe晶体因其优异热电性能而受到了广泛关注. 本文聚焦n型SnSe晶体, 总结了不同杂质掺杂的n型SnSe晶体热电输运特性的异同, 围绕载流子散射因子, 对比了n型SnSe晶体面内与面外电输运性能的差异,讨论了n型SnSe晶体热电材料未来的研究重点与难点.

评述

低成本高性能PbS基热电材料研究进展

王磊, 常诚, 赵立东

热电材料可以实现热能与电能的相互转换. 硫化铅(PbS)作为一种原料储量丰富、价格低廉的热电材料, 具有重要研究价值. 本文从载流子浓度、迁移率、有效质量、晶格热导率等热电参数优化的角度介绍了具有代表性的PbS基热电材料的研究工作, 对PbS基热电材料未来可能的发展方向进行了展望.

n型碲化铋基热电材料、器件及应用

彭佳怡, 刘东锐, 秦炳超, 裴延玲

本文总结了n型碲化铋(Bi2Te3)热电材料及技术的最新研究进展, 重点介绍了基于Bi2Te3材料的热电性能优化策略和不同类型的热电器件设计制备, 深入探讨了该体系当前面临的挑战, 如材料力学性能和器件功耗问题, 并提出了未来改进的方向, 以期促进其在多个高精尖领域的大规模应用.

低成本的p型SnS: 一种有前景的中低温热电材料

刘姗, 刘东锐, 邱玉婷, 秦炳超, 赵立东

SnS基热电材料凭借储量丰富、低成本及轻量化等优点, 已逐渐成为新一代环境友好型热电材料. 本文讨论了SnS的晶体、电子和声子结构, 系统总结了晶体及多晶的合成工艺与性能优化策略, 并对材料及器件的研究趋势提出了展望, 以期推动其在温差发电及电子制冷领域的进一步发展和应用.

SnxSey: 一类具有发展潜力的新型热电材料

朱雨墨, 常诚, 裴延玲

SnxSey是一种具有发展潜力的新型热电材料, 具有广阔的研究前景. 本文首先对常见的Sn-Se基材料展开介绍, 包括SnSe、SnSe2以及SnSe/SnSe2复合材料, 然后从计算模拟的角度总结Sn2Se3的热电性能, 以及引入掺杂元素对Sn2Se3的热稳定性的影响, 最后对SnxSey基热电材料的未来可能方向进行展望.

角分辨光电子能谱在热电材料研究中的应用

胡学高, 冯宝杰

热电材料的电输运性能由其能带结构决定, 而角分辨光电子能谱(ARPES)是最直观探测能带结构的技术. 本文综述了ARPES技术在热电材料研究中的应用, 探讨了ARPES如何揭示材料的能带结构, 从而优化其热电性能, 详细介绍了ARPES在热电材料研究中的几个典型应用案例.

论文

Cu掺杂优化层状PbBi4Te7化合物的热电性能

曾宏, 刘伟, 徐莉青, 邓朝广, 肖钰

本研究采用熔融法制备三元PbBi4Te7化合物, 探究了Cu掺杂对其热电性能的优化效果. 研究发现, Cu掺杂可增强层间电子传输通道, 显著提高了材料的载流子迁移率和功率因子, 并通过增强层间声子散射降低晶格热导率, 最终优化了材料的近室温区热电优值, 为开发高效三元铅铋硫基热电材料提供了新思路.

掺杂Cd元素协同优化Sb2Te3(SnTe)6的热电输运性能

刘雨晴, 崔金华, 王淑芳, 钱鑫

环境友好型的热电材料SnTe因不含有毒元素Pb而受到广泛关注和研究. 之前的研究表明, 合金化Sb2Te3可以引入大量的阳离子空位和位错缺陷, 能有效抑制SnTe的晶格热导率, 是提高其宽温域热电性能的有效策略. 本文在合金化Sb2Te3基础上掺杂Cd元素, 协同调控了Sb2Te3(SnTe)6的载流子浓度、态密度有效质量以及晶格热导率, 显著提升了材料在近室温区的热电性能.

载流子浓度优化与动态掺杂提高n型PbS宽温域的热电性能

侯正浩, 崔秋娟, 钱鑫, 王淑芳

硫化铅(PbS)基热电材料因其组成元素储量丰富、价格低廉、热稳定性高等优势而备受研究人员关注. 本文结合优化载流子浓度与动态掺杂的方式, 显著提高了n型PbS宽温域内的热电性能, 有效克服了其在近室温区热电性能较低的问题, 对于推动热电制冷技术的大规模应用具有重要意义.

层状化合物PbSnS2热电输运性质的第一性原理计算研究

王东洋, 李晓东, 朱佳琪, 赵珂, 程少博

本文基于第一性原理计算与Boltzmann输运理论研究了层状化合物PbSnS2中本征低热导率的起源, 预测了其各向异性的热电输运性质, 发现n型体系沿着面外方向具有较高的热电性能, 为PbSnS2基材料热电性能的进一步优化提供了理论指导.

硫族化合物SrPbSe2: 具有潜力的新型热电材料

白树林, 张潇, 赵立东

开发高性能硫族热电材料对于提高能源转换效率和实现可持续能源利用具有重要意义. 本文基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运理论, 全面探索了具有低热导率的新型硫族化合物SrPbSe2的热电相关性能. 研究结果为未来开发SrPbSe2基热电材料提供了一定的理论见解和指导.

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