【產(chǎn)通社，9月7日訊】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（Shanghai Institute of Ceramics of the Chinese Academy of Sciences，SICCAS）官網(wǎng)消息，其史迅研究員、陳立東研究員與南方科技大學(xué)張文清教授等帶領(lǐng)的科研團隊最近提出了采用材料中的“熵”這一具有類似基因特性的基礎(chǔ)參量作為熱電材料的性能表征參數(shù)，從而實現(xiàn)對多元熱電材料的快速篩選，發(fā)展了計算多元熱電材料體系熵的模型與方法，并結(jié)合計算與實驗對一系列多元體系進行了篩選、設(shè)計和驗證，成功獲得了多種熱電性能大幅提升的多元高熵?zé)犭姴牧�。該項工作是材料基因工程研究方法在熱電材料上成功�?yīng)用的重要體現(xiàn)，豐富了“材料基因工程”理念的研究領(lǐng)域和內(nèi)容。相關(guān)研究發(fā)表于《先進材料》雜志（Advanced Materials, adma.201702712R2）。 

在多元熱電材料體系中，構(gòu)型熵取決于體系中的固溶元素種類和各自的固溶度，而能否形成具有一定固溶元素種類和固溶度的關(guān)鍵在于體系的固溶焓與構(gòu)型熵之間的競爭。該研究團隊首先建立了彈性力學(xué)模型對系列二元和多元熱電材料體系的固溶特性進行了評估，獲得了決定體系構(gòu)型熵上限的本征固溶因子判據(jù)，根據(jù)該判據(jù)可對各種熱電材料體系能否實現(xiàn)高熵固溶進行有效篩選，如Cu2（S/Se/Te）、半赫斯勒合金多元熱電材料可以實現(xiàn)3元的等比例高熵固溶，類金剛石結(jié)構(gòu)（Cu/Ag）（In/Ga）Te2和（Pb/Sn/Ge/Mn）Te族化合物可實現(xiàn)4元等比例高熵固溶。 

在此基礎(chǔ)上，作為類似基因特性的熵可從電子和聲子的輸運等多方面指引熱電材料的性能優(yōu)化。首先由于熵的增加，晶格中的結(jié)構(gòu)無序和畸變也隨之大幅增加，進而顯著降低了晶格熱導(dǎo)率。對于初始熱導(dǎo)率較高的體系（如類金剛石化合物），熵導(dǎo)致的熱導(dǎo)率的降低更為顯著。其次，熵的增加導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的局部特征無序增多，從而使得材料具有更高的宏觀晶體對稱性，進而增加材料的能帶簡并度并改善電學(xué)性能。例如Cu2（S/Se/Te）基體化合物室溫時為單斜結(jié)構(gòu)，對它們進行多元化增加材料的熵后，其晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高對稱性的六方結(jié)構(gòu)，其塞貝克系數(shù)在相同載流子濃度下提升了3倍以上�；谏鲜鲂�(yīng)，多元高熵類金剛石化合物和Cu2（S/Se/Te）熱電材料的最佳熱電優(yōu)值ZT分別提升至1.6和2.23。

該研究工作得到了國家基礎(chǔ)研究計劃、國家重點研發(fā)計劃材料基因組專項、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院重點部署項目、上海市科委重大項目等的資助和支持。 

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.sic.cas.cn，以及https://doi.org/10.1002/adma.201702712。（Lisa WU, 365PR Newswire）    （完）