太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王文先教授團隊利用吉布斯界面吸附有效抑制納米析出相粗化，從而獲得了一種熱穩(wěn)定型高性能碲化錫基熱電材料，并揭示出一種界面相調(diào)控?zé)犭娸斶\行為的新機制。

基于Seebeck效應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)可以在給定溫差下利用載流子的定向移動實現(xiàn)熱能與電能的直接相互轉(zhuǎn)換，其在低品質(zhì)環(huán)境余廢熱回收領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。高性能的熱電材料需兼具高導(dǎo)電性和低導(dǎo)熱性，但由于各電學(xué)參量強烈耦合，通過缺陷工程策略降低唯一單獨可調(diào)的熱學(xué)參量晶格熱導(dǎo)率，成為優(yōu)化熱電材料性能的重要方向。

熱電材料納米化在過去幾十年里被廣泛認(rèn)為是解耦熱電輸運參數(shù)的有效途徑。根據(jù)經(jīng)典成核理論，納米析出相的密度和尺寸分布與成核速率及其溫度和時間依賴性密切相關(guān)，傳統(tǒng)觀點認(rèn)為通過熱處理工藝便可對析出形貌進(jìn)行有效調(diào)控。但在實際服役過程中，由于過飽和固溶體中奧斯特瓦爾德熟化現(xiàn)象的存在，分布有高密度納米相的多組元合金系統(tǒng)在熱力學(xué)上總是不穩(wěn)定的，納米析出相需經(jīng)歷粗化過程釋放自身的表面自由能方可達(dá)到最低的能量配置。

受到吉布斯吸附降低界面自由能從而抑制奧斯特瓦爾德熟化的啟發(fā)，研究人員在中溫區(qū)熱電材料碲化錫中設(shè)計并構(gòu)筑了一種新穎的核殼結(jié)構(gòu)納米析出相，其中核部為CdTe相而殼部為結(jié)構(gòu)有序但化學(xué)無序的富Ag界面相。這種界面相一方面降低了界面自由能，另一方面引入了一維類晶界與零維類點缺陷散射源，導(dǎo)致材料的晶格熱導(dǎo)率在整個溫度區(qū)間(300～873 K)大幅下降。結(jié)合Ag、Cd、Se共摻雜SnTe增強的電學(xué)輸運性能，p型SnTe合金的熱電優(yōu)值最終可以穩(wěn)定達(dá)到1.5。

此研究深刻揭示了熱電系統(tǒng)穩(wěn)定納米相的熱力學(xué)機制，對納米熱電材料的設(shè)計有著指導(dǎo)意義。

(來源：中國科學(xué)報)