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熱電技術(shù)可實(shí)現熱能與電能直接相互轉換，具有純固態(tài)、無(wú)噪音、無(wú)運動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)，在諸如深空探測等領(lǐng)域已實(shí)現重要應用。當前熱電技術(shù)規?；瘧闷款i在于轉換效率偏低，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所光電熱功能材料與器件團隊聚焦熱電性能優(yōu)化、器件設計制備以及系統集成應用研究，并取得了一系列進(jìn)展。

針對當前唯一實(shí)現商用化的Bi2Te3熱電材料，該團隊利用大數據優(yōu)選具備納米活性的籠狀物材料進(jìn)行第二相摻雜，實(shí)現了電聲差異散射，進(jìn)一步設計缺陷工程摻雜提升功率因子，解決了該類(lèi)體系中電-熱強烈耦合的共性問(wèn)題，制備了工業(yè)級（40mm）高性能樣品（熱電器件效率較商業(yè)產(chǎn)品提升約75%）。相關(guān)成果以High-Performance Industrial-Grade p-Type (Bi,Sb)2Te3 Thermoelectric Enabled by a Stepwise Optimization Strategy為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials?2023, e2300338）上。

針對中溫區典型材料SnTe和GeTe，該研究提出了中熵工程的優(yōu)化方案，設計了適當的固溶元素和固溶濃度精確調控體系的結構熵，提升了材料功率因子并降低晶格熱導率，實(shí)現了電-熱輸運的部分解耦。得益于電聲輸運性能協(xié)同優(yōu)化，SnTe峰值ZT達到1.5@800K，平均ZT達到0.8（300-800K），為該體系當前報道最高值；GeTe峰值ZT達2.12@650K，均值ZT高達1.43（300-773K）。相關(guān)成果分別以High-Performance Thermoelectric Material and Module Driven by Medium-Entropy Engineering in SnTe和Enhanced Thermoelectric Performance in GeTe by Synergy of Midgap state and Band Convergence為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials?2022, 32, 2205458/2023, 33, 2212421）上。

針對中高溫區類(lèi)金剛石銀基/銅基材料，該團隊對于令人困惑的熱導率異常問(wèn)題進(jìn)行了理論澄清。研究通過(guò)探討原子軌道、晶體場(chǎng)、局域四面體畸變等因素對電子結構的影響發(fā)現，在銀基材料（AgBX2）中存在陰離子與兩種陽(yáng)離子成鍵強度的錯配，由此引起強烈的非簡(jiǎn)諧性晶格振動(dòng)，導致銀基材料晶格熱導率較銅基材料（CuBX2）低50%-80%。相關(guān)成果以Mismatched atomic bonds and ultralow thermal conductivity in Ag-based ternary chalcopyrites為題，發(fā)表在《物理評論B》（Physical Review B?2023, 107, 115202）上。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、浙江省高水平人才專(zhuān)項支持計劃、浙江省自然科學(xué)基金和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃的支持。