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來源丨北航、百度百科等

5月26日，Science雜志報道了北京航空航天大學材料科學與工程學院趙立東教授課題組在電子制冷材料及器件的研究上取得的最新進展：Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics，該工作提出了“l(fā)attice plainification（晶格素化）”概念，通過降低硒化錫（SnSe）晶格中的空位濃度，大幅削弱了晶格缺陷對載流子的散射，實現(xiàn)了載流子遷移率的顯著提升。制備的熱電器件在300K溫差下實現(xiàn)了12.2%的發(fā)電效率及室溫下61.2K的最大制冷溫差。

本文也是國家杰青趙立東教授自2015年以來發(fā)表的第8篇Science。

論文的第一作者為北京航空航天大學2021級碩士研究生劉東銳。通訊作者為北京航空航天大學2019級博士研究生秦炳超、北京航空航天大學趙立東教授。論文第一單位為北京航空航天大學材料科學與工程學院。

Science同期還刊登了韓國首爾大學In Chung教授的觀點論文“Plainly fixing crystal lattices”，以Highlight形式對本工作進亮點報道。文中多次使用 “game-changer”、“ground-breaking”、“breakthrough”和“milestone”等形容詞對本項研究工作給予了高度評價，并指出“晶格素化（lattice plainification）”策略對于新型熱電制冷材料的開發(fā)和器件的優(yōu)化提供了范式轉(zhuǎn)變（paradigm shift），且具有里程碑意義。

從2014年回國至今，趙立東加入北京航空航天大學從事研究工作已經(jīng)9年。

自2014年作為第一作者在Nature?報道超高熱電性能SnSe熱電材料以來，2015年-2023年，趙立東教授為通訊作者，北京航空航天大學為第一單位，連續(xù)在Science?發(fā)表了8篇論文，在熱電能源轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，取得一系列重大突破！2017年獲國際熱電學會青年科學家獎，2018年入選長江學者特聘教授，2019年獲得國家自然科學基金杰出青年基金資助。

趙立東，北京航空航天大學教授、碩博士生導師。1979年出生于哈爾濱，本科及碩士就讀于遼寧工程技術(shù)大學，博士畢業(yè)于北京科技大學。曾在法國Universite Paris-Sud 和美國Northwestern University 博士后。

2014年入職北航卓越百人計劃；2016年北京市師德先鋒；2017年國際熱電學會青年科學家；2018年北京市杰青項目獲得者；2018年度長江學者特聘教授；2019年國家杰青項目獲得者；2019年全球高被引學者。2022年獲科學探索獎。

主要研究興趣：利用各向異性解耦熱傳輸和電傳輸?shù)拿埽_發(fā)寬溫域高效熱電材料。。已在Nature和Science等期刊上發(fā)表重要論文270余篇，被引用3萬余次，H因子80。目前擔任<Materials Lab>期刊主編

熱電制冷技術(shù)是一種利用帕爾帖效應直接將電能轉(zhuǎn)換為熱能的綠色制冷技術(shù)，僅通過調(diào)節(jié)工作電壓和電流就可以實現(xiàn)對制冷量和溫度的連續(xù)高精度控制。熱電制冷技術(shù)由于其控溫精準、尺寸靈活、結(jié)構(gòu)多樣和局部冷卻等眾多優(yōu)勢，在精確制導、傳感器和5G光模塊等關(guān)鍵領(lǐng)域具有比傳統(tǒng)的機械壓縮式制冷技術(shù)更強的競爭優(yōu)勢。因此，研發(fā)高性能制冷材料，提升制冷器件的制冷效率，對于諸多科技自立自強等關(guān)鍵領(lǐng)域的精確溫控具有重要意義。

受“成分素化”策略的啟發(fā)，本工作通過修復晶格缺陷，提高載流子遷移率，即 “晶格素化”。通過在SnSe中引入微量Cu，觀察到Cu可填充Sn空位，削弱了Sn空位對載流子的散射。額外的Cu還可以取代晶格中的Sn作為空穴摻雜，并有效促進了多價帶Synglisis效應，進一步顯著增強了有效質(zhì)量和載流子遷移率。在室溫下實現(xiàn)了~ 100μW cm-1 K-2的超高電傳輸性能（利于低功耗），以及室溫ZT值 ~ 1.5和平均ZT值 ~ 2.2（300-773K），研究表明SnSe晶體在“發(fā)電”和“制冷”兩個關(guān)鍵領(lǐng)域均擁有巨大潛力?；讷@得的高性能SnSe晶體搭建的熱電器件在發(fā)電和制冷都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。與商用Bi2Te3相比，SnSe晶體還具有成本低、儲量豐富、環(huán)境友好、可加工性能優(yōu)異、運行功耗小等優(yōu)勢。

共同參與此項工作的有：北京高壓科學中心高翔教授課題組、昆明理工大學葛振華教授課題組、鄭州大學王東洋研究員。此項工作主要得到了國家自然基金基礎(chǔ)科學中心項目(52388201)、國家自然科學基金自由探索專項項目（52250090）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0702100）、國家自然科學基金（51571007、51772012、1212204156）、111引智計劃（B17002）等項目的資助，并得到了上海同步輻射光源（SSRF）BL14B1線站、北京航空航天大學高性能計算中心的支持和北航博士生卓越學術(shù)基金的資助。

北京航空航天大學是新中國第一所航空航天高等學府，現(xiàn)隸屬于工業(yè)和信息化部。學校緊緊圍繞國家戰(zhàn)略需求和國際學術(shù)前沿，提出了“頂尖工科、一流理科、精品文科、優(yōu)勢醫(yī)工”學科建設(shè)方針，8個學科入選“雙一流”建設(shè)學科，高峰學科占比達到25%，在航空宇航、儀器、材料、軟件、控制、計算機、力學、交通、管工、生醫(yī)等學科領(lǐng)域具有明顯的比較優(yōu)勢，形成了空天信優(yōu)勢突出、理工文醫(yī)深度交叉、新方向持續(xù)引領(lǐng)的學科發(fā)展新格局，國防科技主干學科穩(wěn)居國內(nèi)一流水平。

北航材料科學與工程學院擁有以徐惠彬、王華明、宮聲凱、鐘群鵬、杜善義（雙聘）5名中國工程院院士和10位國家級領(lǐng)軍人才為代表的一流師資隊伍。近年來，學院緊密圍繞國家重大戰(zhàn)略需求，瞄準國際學術(shù)前沿，在新型功能材料的功能調(diào)控新原理、新概念、新方法等基礎(chǔ)研究方面，頻繁在Science、Nature等頂尖期刊上發(fā)表高質(zhì)量原創(chuàng)性成果。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7196

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2174

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