【東大新聞網6月7日電】（通訊員 蔣紅燕）近日，AG真人娱乐物理學院王金蘭教授團隊和機械工程學院陳雲飛教授團隊合作在二維高效率熱電材料設計上取得新進展，相關研究成果以“A General Strategy for Designing Two-dimensional High-efficient Layered Thermoelectric Materials”為題，在線發表于國際著名期刊《Energy &Environmental Science》上。
熱電技術可以将廢熱和太陽能轉化為電能，對于開發可再生清潔能源設備具有重要意義。二維熱電材料因具有優異的抗彎曲能力和柔韌性，在先進熱電材料應用中展現出了巨大的優勢。然而，由于電學輸運參數之間的相互約束和弱的聲子散射，二維材料中的功率因子低而晶格熱導率高，導緻其熱電優值（ZT）較低。因此，發展提升材料熱電優值普适性的理論和策略，獲得高熱電優值（ZT> 2）的二維熱電材料就變得尤為重要。
針對這一問題，物理學院王金蘭教授和機械工程學院陳雲飛教授合作提出了一種普适的設計策略，即将具有pz軌道占據的孤對電子的原子厚度單層引入層狀材料的範德華間隙中來提高ZT。作為一個成功的例子，她們成功預測了一種新型的二維室溫熱電材料BiBi2X3（X = S/Se/Te）。這種材料可以通過将Bi單層插入到Bi2X3雙層的範德華間隙中被獲得。一方面，插入的Bi單層可以增大電子态密度，并使費米能級附近的電子态密度急劇增加，進而産生大的功率因子。另一方面，它同時引入了局部集體晶格振動模式和靈敏的靜電相互作用，分别實現了對低頻聲子輸運和高頻聲子輸運的獨立抑制，最終獲得了超高的ZT（室溫下二維BiBi2Te2S的ZT為2.12）。這個工作不僅揭示了納米範圍内載流子和聲子的輸運機理，也為先進的熱電轉換技術的發展指明了方向。
本論文第一作者為AG真人娱乐機械工程學院博士生張喜雯，通訊作者為王金蘭教授和陳雲飛教授。該項工作得到了國家傑出青年基金、國家自然科學基金重點項目、國家重點研發項目、AG真人娱乐優博基金等的大力支持。
文章鍊接：https://doi.org/10.1039/D1EE00356A
