李敬鋒，博士生導(dǎo)師，清華大學(xué)材料學(xué)院教授、日本工程院外籍院士、長江學(xué)者特聘教授、國家杰青獲得者、清華大學(xué)-豐田研究中心副主任、新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會副主任、Journal of Materiomics主編、《硅酸鹽學(xué)報》副主編、美國陶瓷學(xué)會Fellow、國際熱電學(xué)會理事、中國硅酸鹽學(xué)會常務(wù)理事、中國硅酸鹽學(xué)會微納技術(shù)分會副理事長、中國硅酸鹽學(xué)會薄膜與涂層分會副理事長、IEEE鐵電委員會委員與Symposium Chair、中國材料研究學(xué)會熱電材料與應(yīng)用分會主任（2018-2020）（信息來源：https://www.mse.tsinghua.edu.cn/info/1024/1635.htm）
熱電材料能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能用于發(fā)電，有助于同時解決全球能源和環(huán)境危機(jī)。其中，硒化亞銅（Cu2Se）被認(rèn)為是高溫?zé)犭姂?yīng)用的有前途的候選材料。盡管在電輸運(yùn)調(diào)制方面取得了顯著的進(jìn)步，但是留給熱輸運(yùn)優(yōu)化的空間非常有限，這主要是由于本征Cu空位的存在、Cu離子的液態(tài)特征以及晶格中低元素溶解度。
在本文中，作者提出了簡單的納米復(fù)合材料的策略，通過引入改性TiO2-n自組裝體打破了Cu2Se基材料熱輸運(yùn)調(diào)控的瓶頸。TiO2-n納米團(tuán)簇的加入不僅在973 K時實(shí)現(xiàn)了0.285 WK-1?m-1的超低總熱導(dǎo)率，還使得TiO2-n添加樣品達(dá)到了2.8的高ZT值。研究展示了通過自組裝設(shè)計調(diào)節(jié)熱輸運(yùn)的范例。
圖1：TiO2-n納米粒子在銅硒化物中實(shí)現(xiàn)超低總熱導(dǎo)率和高ZT值的機(jī)制。
圖2：Cu1.99Se/TiO2-n復(fù)合材料的熱電性能。
圖3：Cu1.99Se +?0.25 wt % TiO2-n樣品中TiO2-n團(tuán)簇的(S)TEM分析。
圖4：Cu1.99Se + 0.25 wt % TiO2-n(S)樣品中的TiO2-n團(tuán)簇的透射電鏡分析。
圖5：調(diào)控?zé)犭娦阅艿臐撛跈C(jī)制。
本研究通過在Cu2Se基材料中引入TiO2-n納米團(tuán)簇，有效地降低了載流子濃度，同時保持了載流子遷移率的穩(wěn)定。
這種策略導(dǎo)致了電子熱導(dǎo)率的顯著降低和晶格熱導(dǎo)率的減少，最終實(shí)現(xiàn)了在973 K時0.285 W K-1 m-1的超低總熱導(dǎo)率和2.8的高ZT值。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計和開發(fā)新型高效的熱電材料提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
標(biāo)題：Ultralow thermal conductivity and high ZT of Cu2Se-based thermoelectric materials mediated by TiO2-n nanoclusters
DOI：10.1016/j.joule.2024.06.007
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