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南方科技大學(xué)何佳清團(tuán)隊(duì)Science: PbTe中贗納米結(jié)構(gòu)和捕獲空穴釋放誘導(dǎo)的高熱電性能

時(shí)間：2024-04-08 來源： 瀏覽：

南方科技大學(xué)何佳清團(tuán)隊(duì)Science: PbTe中贗納米結(jié)構(gòu)和捕獲空穴釋放誘導(dǎo)的高熱電性能

原創(chuàng) 暗夢飄逸醉月 科研任我行
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2024年4月4日，Science在線發(fā)表了南方科技大學(xué)何佳清教授 課題組的研究論文，題目為《 Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe 》，論文的第一作者為 Baohai Jia、Di Wu和Lin Xie。

熱是自然界和社會(huì)中未充分利用的能源，其積累和利用一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。能夠?qū)崿F(xiàn)直接和反向熱電轉(zhuǎn)換的熱電材料因其在各種應(yīng)用中的潛在用途而引起了人們的興趣。 然而，由于強(qiáng)烈糾纏的電和熱 輸運(yùn)性質(zhì) ，開發(fā)一種提高高熱電性能的策略是具有挑戰(zhàn)性的。

在此研究中，作者 展示了在 p型PbTe 材料中實(shí)現(xiàn)了空位團(tuán)簇的贗納米結(jié)構(gòu)和捕獲空穴釋放的動(dòng)態(tài)電荷載流子調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了聲子和載流子輸運(yùn)的同時(shí)調(diào)節(jié) 。 由陽離子空位團(tuán)簇組成的贗納米結(jié)構(gòu)有效阻止了聲子輸運(yùn)，但允許空穴通過，從而實(shí)現(xiàn)了全面的電子-聲子 解耦 。 低溫下的空穴捕獲和高溫下的空穴釋放可以在較寬的溫度范圍內(nèi)優(yōu)化空穴濃度 。 在850 K下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2.8的zT峰值，在300至850 K下實(shí)現(xiàn)了1.65的zT平均值 。 在554 K溫差的分段模塊中實(shí)現(xiàn)了約15.5%的能量轉(zhuǎn)換效率 。這項(xiàng)研究展示了中溫?zé)犭娫谝幌盗胁煌瑧?yīng)用中的前景。

圖1  具有贗納米結(jié)構(gòu)和捕獲空穴釋放的 PbTe 基材料和模塊的高性能

圖2  Pb 0.97 Na 0.03 Te -2%MgTe-x %GeTe (x = 0、0.25、0.5、0.75或1)的熱電性能

圖3 空穴捕獲 和釋放

圖4 贗 納米結(jié)構(gòu)的表征

圖5 PbTe基分段模塊的熱電性能

【 論文鏈接 】
Jia, B., Wu, D., Xie, L . et al. Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe . Science ,  2024 ,  384, 81–86. https://doi.org/ 10.1126/science.adj8175

【其他相關(guān)文獻(xiàn)】

[1]  Heremans, J.P., Jovovic, V., Toberer, E.S. et al. Enhancement of thermoelectric efficiency in PbTe by distortion of the electronic density of states.  Science ,  2008 , 321, 554–557 . https://doi.org/ 10.1126/science.1159725
[2]  Pei, Y., Shi, X., LaLonde, A. et al. Convergence of electronic bands for high performance bulk thermoelectrics. Nature , 2011 , 473, 66–69. https://doi.org/10.1038/nature09996
[3]  Biswas, K., He, J., Blum, I. et al. High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures. Nature , 2012 , 489, 414–418. https://doi.org/10.1038/nature11439
[4]  Kim, S.I., Lee, K.H., Mun, H.A. et al. Dense dislocation arrays embedded in grain boundaries for high-performance bulk thermoelectrics. Science , 2015 , 348, 109–114 . https://doi.org/ 10.1126/science.aaa4166
[5]  He, J. & Tritt, T.M. Advances in thermoelectric materials research: Looking back and moving forward.  Science ,  2017 , 357, eaak9997 . https://doi.org/ 10.1126/science.aak9997
第8篇！北京航空航天大學(xué)趙立東/秦炳超團(tuán)隊(duì)Science: 晶格平坦化促進(jìn)高效SnSe晶體熱電
哈爾濱工業(yè)大學(xué)隋解和/劉紫航團(tuán)隊(duì)Science: 開發(fā)熱電界面材料的篩選策略
(綜述)天津理工大學(xué)/澳大利亞臥龍崗大學(xué)Nat. Rev. Phys.: 熱電中自旋的作用

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