熱電轉換技術是一種綠色能源轉化技術, 可以實現熱能與電能之間的直接相互轉換. 熱電發電和制冷的效率很大程度上受到熱電材料的性能優值ZT值的影響. 鉛錫硫族熱電材料(PbQ, SnQ, Q=S, Se, Te)因其卓越的中低溫寬溫域熱電性能而備受研究者關注.封面圖片展示了熱電材料在發電和制冷方面的應用, 并列舉了幾種代表性的鉛錫硫族熱電材料. 相關的材料制備、性能調控與應用詳見本期專輯.

高性能鉛錫硫族熱電材料專輯

編者按

高性能鉛錫硫族熱電材料的制備、性能調控與應用

趙立東

進展

晶界熱電材料: 熱電參數調控策略及研究進展

李雨欣, 何文科

多晶熱電材料中, 晶界作為各類缺陷形成以及調控的重要場所, 在熱電輸運中扮演著重要角色. 本文系統闡述了晶界對載流子(電子或空穴)和聲子輸運的影響及其作用機制, 并總結了基于晶界調控實現熱電參數提升及協同優化的有效策略, 為未來高效晶界熱電材料的研發提供了理論和實驗基礎.

“二維聲子-三維電荷”熱電傳輸特性研究進展

高天, 宿力中, 趙立東

近年來, 具有“二維聲子-三維電子”熱電傳輸特性的熱電材料表現出優異的熱電性能, 在本征低熱導材料中篩選具有該傳輸特性的材料逐步成為開發新型高效熱電材料的標準之一. 本文介紹了該熱電輸運特性的機理與特點, 并對其當前研究進展與未來發展方向進行了總結與展望.

碲化錫基熱電材料的研究進展

龐慧梅, 王華才

熱電材料能夠實現熱能與電能的直接相互轉換, 是極具潛力的新型能源材料之一. 中溫區熱電材料SnTe因其環境友好、電導率高等特性引起了研究者的廣泛關注. 本文歸納了對p型SnTe熱電性能的優化策略以及對n型SnTe材料和熱電器件的研究進展，以期為SnTe進一步研究和應用提供參考.

n型硒化錫晶體熱電材料研究進展

宿力中, 馮孝坤

近年來, n型與p型SnSe晶體因其優異熱電性能而受到了廣泛關注. 本文聚焦n型SnSe晶體, 總結了不同雜質摻雜的n型SnSe晶體熱電輸運特性的異同, 圍繞載流子散射因子, 對比了n型SnSe晶體面內與面外電輸運性能的差異,討論了n型SnSe晶體熱電材料未來的研究重點與難點.

評述

低成本高性能PbS基熱電材料研究進展

王磊, 常誠, 趙立東

熱電材料可以實現熱能與電能的相互轉換. 硫化鉛(PbS)作為一種原料儲量豐富、價格低廉的熱電材料, 具有重要研究價值. 本文從載流子濃度、遷移率、有效質量、晶格熱導率等熱電參數優化的角度介紹了具有代表性的PbS基熱電材料的研究工作, 對PbS基熱電材料未來可能的發展方向進行了展望.

n型碲化鉍基熱電材料、器件及應用

彭佳怡, 劉東銳, 秦炳超, 裴延玲

本文總結了n型碲化鉍(Bi2Te3)熱電材料及技術的最新研究進展, 重點介紹了基于Bi2Te3材料的熱電性能優化策略和不同類型的熱電器件設計制備, 深入探討了該體系當前面臨的挑戰, 如材料力學性能和器件功耗問題, 并提出了未來改進的方向, 以期促進其在多個高精尖領域的大規模應用.

低成本的p型SnS: 一種有前景的中低溫熱電材料

劉姍, 劉東銳, 邱玉婷, 秦炳超, 趙立東

SnS基熱電材料憑借儲量豐富、低成本及輕量化等優點, 已逐漸成為新一代環境友好型熱電材料. 本文討論了SnS的晶體、電子和聲子結構, 系統總結了晶體及多晶的合成工藝與性能優化策略, 并對材料及器件的研究趨勢提出了展望, 以期推動其在溫差發電及電子制冷領域的進一步發展和應用.

SnxSey: 一類具有發展潛力的新型熱電材料

朱雨墨, 常誠, 裴延玲

SnxSey是一種具有發展潛力的新型熱電材料, 具有廣闊的研究前景. 本文首先對常見的Sn-Se基材料展開介紹, 包括SnSe、SnSe2以及SnSe/SnSe2復合材料, 然后從計算模擬的角度總結Sn2Se3的熱電性能, 以及引入摻雜元素對Sn2Se3的熱穩定性的影響, 最后對SnxSey基熱電材料的未來可能方向進行展望.

角分辨光電子能譜在熱電材料研究中的應用

胡學高, 馮寶杰

熱電材料的電輸運性能由其能帶結構決定, 而角分辨光電子能譜(ARPES)是最直觀探測能帶結構的技術. 本文綜述了ARPES技術在熱電材料研究中的應用, 探討了ARPES如何揭示材料的能帶結構, 從而優化其熱電性能, 詳細介紹了ARPES在熱電材料研究中的幾個典型應用案例.

論文

Cu摻雜優化層狀PbBi4Te7化合物的熱電性能

曾宏, 劉偉, 徐莉青, 鄧朝廣, 肖鈺

本研究采用熔融法制備三元PbBi4Te7化合物, 探究了Cu摻雜對其熱電性能的優化效果. 研究發現, Cu摻雜可增強層間電子傳輸通道, 顯著提高了材料的載流子遷移率和功率因子, 并通過增強層間聲子散射降低晶格熱導率, 最終優化了材料的近室溫區熱電優值, 為開發高效三元鉛鉍硫基熱電材料提供了新思路.

摻雜Cd元素協同優化Sb2Te3(SnTe)6的熱電輸運性能

劉雨晴, 崔金華, 王淑芳, 錢鑫

環境友好型的熱電材料SnTe因不含有毒元素Pb而受到廣泛關注和研究. 之前的研究表明, 合金化Sb2Te3可以引入大量的陽離子空位和位錯缺陷, 能有效抑制SnTe的晶格熱導率, 是提高其寬溫域熱電性能的有效策略. 本文在合金化Sb2Te3基礎上摻雜Cd元素, 協同調控了Sb2Te3(SnTe)6的載流子濃度、態密度有效質量以及晶格熱導率, 顯著提升了材料在近室溫區的熱電性能.

載流子濃度優化與動態摻雜提高n型PbS寬溫域的熱電性能

侯正浩, 崔秋娟, 錢鑫, 王淑芳

硫化鉛(PbS)基熱電材料因其組成元素儲量豐富、價格低廉、熱穩定性高等優勢而備受研究人員關注. 本文結合優化載流子濃度與動態摻雜的方式, 顯著提高了n型PbS寬溫域內的熱電性能, 有效克服了其在近室溫區熱電性能較低的問題, 對于推動熱電制冷技術的大規模應用具有重要意義.

層狀化合物PbSnS2熱電輸運性質的第一性原理計算研究

王東洋, 李曉東, 朱佳琪, 趙珂, 程少博

本文基于第一性原理計算與Boltzmann輸運理論研究了層狀化合物PbSnS2中本征低熱導率的起源, 預測了其各向異性的熱電輸運性質, 發現n型體系沿著面外方向具有較高的熱電性能, 為PbSnS2基材料熱電性能的進一步優化提供了理論指導.

硫族化合物SrPbSe2: 具有潛力的新型熱電材料

白樹林, 張瀟, 趙立東

開發高性能硫族熱電材料對于提高能源轉換效率和實現可持續能源利用具有重要意義. 本文基于密度泛函理論和玻爾茲曼輸運理論, 全面探索了具有低熱導率的新型硫族化合物SrPbSe2的熱電相關性能. 研究結果為未來開發SrPbSe2基熱電材料提供了一定的理論見解和指導.

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