中科院研發(fā)出具有超低熱導(dǎo)率的熱電材料

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所的研究人員在熱電材料低熱導(dǎo)率研究方面取得新進(jìn)展，為尋求和設(shè)計(jì)具有超低熱導(dǎo)率和高效率的新型熱電材料提供了新的思路。

熱電材料可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)換效率可以用無量綱的ZT值來衡量，ZT值越大，熱電轉(zhuǎn)換效率越高。尋找具有較低熱導(dǎo)率的材料是提高熱電材料轉(zhuǎn)換效率的重要方法之一。礦石材料由于具有很低的熱導(dǎo)率，且價格低廉，受到了研究人員的廣泛關(guān)注。其中，CuBiS2和CuSbS2是兩種同構(gòu)同型的礦石材料，但在室溫下，CuBiS2的熱導(dǎo)率僅為CuSbS2的1/3。探索影響材料低熱導(dǎo)率的物理機(jī)制對于設(shè)計(jì)和尋找新材料具有重要意義。研究人員采用密度泛函理論方法，研究了CuBiS2相對于CuSbS2具有較低熱導(dǎo)率的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明，CuBiS2和CuSbS2中的Bi和Sb原子都含有孤對電子，而孤對電子會導(dǎo)致材料具有較強(qiáng)的非簡諧性。這種孤對電子和原子振動的協(xié)同作用導(dǎo)致CuBiS2相對于CuSbS2具有更低的熱導(dǎo)率。相關(guān)研究表明，孤對電子和原子振動的協(xié)同效應(yīng)對聲子非簡諧性具有重要影響。該項(xiàng)研究成果為新型熱電材料的研發(fā)和設(shè)計(jì)提供了新的思路。 (KJ.0123)