2015-09-09 | 科研部 何佳清课题组论文刊发《能源与环境科学》 首届毕业生通晓为共同第一作者

论文共同第一作者通晓、吴笛与何佳清教授合影。

高温(>600K)时局限于界面的Na离子向母体材料扩散和重新固溶，引起载流子浓度的调制效应，从而保证了PbTe-PbS赝二相在高温区的热电性能。

       我校物理系何佳清教授课题组近期再传喜讯：在国际顶级能源科学与材料类期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science，影响因子：15.49）以南科大为第一单位和通讯单位发表学术论文《利用超低热导率和对载流子浓度的调制效应在碲化铅-硫化铅赝二相中实现优异的热电性能》(Superior Thermoelectric Performance in PbTe-PbS Pseudo-binary: Extremely Low Thermal Conductivity and Modulated Carrier Concentration)，揭示高性能块体热电材料。我校首届本科毕业生通晓和物理系Research Fellow吴笛是该论文的共同第一作者。据悉，去年底毕业的通晓已被加州理工学院（California Institute of Technology）物理系录取为博士生，这位21岁的辽宁女孩将于今年9月赴美留学。

       据了解，这篇论文是在何佳清教授课题组和物理系黄丽助理教授课题组、清华大学、美国西北大学(Northwestern) 以及美国布鲁克海文国家实验室(BNL)等合作下共同完成的。

       在可再生能源短缺和温室效应日益严重的形势下，热电效应作为一种新的能源转化方式，可以有效地将日常工业生活废热以及不能被太阳能电池有效吸收的红外光转化为亟需的电能，由此引起了科研工作者们的广泛兴趣。衡量热电材料能量转化效率的最重要的指标是其品质因子ZT(=S2σT/κ)， 因此如何提高材料的品质因子从而提高其热电转化效率是热电科研工作者们普遍关注的问题。在本论文中，何佳清课题组发现了钠掺杂的p-型碲化铅-硫化铅体系 中极高的热电品质因子(ZT>2.3@923K)，该数值不仅代表铅的硫族化物(lead chalcogenide)中的最高水平，而且是所有多晶块体热电材料中的最高值，因而具有非常大的科研价值。

       在碲化铅-硫化铅的赝二相体系中，由于硫化铅在碲化铅中的固溶度有限，随着硫化铅组分含量的增加，会发生从纳米析出到旋节分解等一系列的相分离过程，从而在材料中形成了包含原子尺度的点缺陷、纳米尺度的相界面以及介观的晶/相界面等的全尺度分层结构。该结构可以实现对全波谱声子的有效散射，因而实现超低的晶格热导率。在该工作中，何佳清课题组不仅在实验上实现了对该全尺度分层结构的优化，而且利用球差透射电镜技术对其微观结构进行了深入而细致的表征，并进一步在理论上为分层结构的最 优化给予了有力的论证。此外，针对材料在高温的电学性能的饱和效应，何佳清课题组做出了另辟蹊径但又非常合理的解释，认为被局限在晶界或者相界面的Na离 子在高温(>600K)时发生向母体材料的扩散和重新固溶，从而引起针对载流子浓度的调制效应，有力的保证了PbTe-PbS赝二相在高温区的整体热电性能。

       该工作是在何佳清课题组前期工作(Nature communications, 2014, 5, 4515)上的又一进步，再次验证了碲化铅-硫化铅体系作为块体热电材料具有广泛的应用前景。该项目研究得到了深圳市科技创新委的深圳市热电材料重点实验室，国家自然科学基金委和美国能源部等基金的资助。

       文章链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c5ee01147g