低维能量转换材料与器件课题组在高性能热电材料方面取得新进展

近日，星空在线,星空在线(中国)低维能量转换材料课题组在中温区热电材料研究方面取得新进展。相关工作“Improving electrical and thermal properties synchronously via introducing CsPbBr₃ QDs into higher manganese silicides”发表在Journal of Materials Science & Technology（2022, 111, 279-286），博士生王晴为论文第一作者，李志亮博士和王淑芳教授为共同通讯作者。

高锰硅（HMS）作为一种P型中温热电材料，由于其具有优异的机械性能、优良的化学和热稳定性，组成元素环境友好、产量丰富、廉价无毒等特点，在过去的几十年里受到人们的广泛关注。HMS具有较高的导电性和塞贝克系数，功率因子（PF）高达1.50×10^-3 W·m^-1K^-2，电学性能较好。然而，HMS较高的热导率导致其zT值相对较低。作者通过在基体中引入纳米弥散相，在不显著改变其它参数的情况下，大幅度降低晶格热导率，有效的提高了热电性能。此项工作通过热注入法合成了尺寸均匀的CsPbBr₃量子点，并将其嵌入至HMS块体中。由于元素掺杂和能量过滤效应的协同作用，PF值在823 K时达到1.71×10^-3 W·m^-1K^-2，相较于纯相HMS提高了约14%。其晶格热导率由2.56 W·m^-1K^-1下降到1.99 W·m^-1K^-1（~22%），这是由于Cs掺杂和富Pb的CsPbBr₃量子点和Pb量子点弥散相产生强烈的声子散射。CsPbBr₃ QDs/HMS复合材料的最高zT值可达到0.57（823 K），较纯相HMS提高近36%。研究结果表明引入亚稳态量子点是一种协同优化电、声输运性能的有效方法，对其它热电材料也具有一定的指导意义。

以上工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金和河北大学高层次人才引进经费等项目的资助。