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熱電材料是指通過材料內部載流子運動來實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉換的綠色環(huán)保型功能材料，其主要特點是對環(huán)境無污染和能源利用多樣性，有望緩解人類所面臨的兩大難題——能源危機和環(huán)境污染。評價熱電材料的性能通常使用熱電優(yōu)值公式：ZT＝TS2σ/κ，式中T為溫度，S為材料的賽貝克系數(shù)，σ為電導率，κ為總的熱導率。其中，S2σ又被稱為功率因子PF，用于表征熱電材料的電學性能，而熱導率κ又是由晶格熱導率（κL）和電子熱導率（κE）兩部分組成。然而這些參數(shù)（S，σ，κ）之間存在互相依賴和互相制約的關系，因此，如何設計合成新型熱電材料成為目前該領域研究的熱點和難點。
中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室吳立明課題組在國家自然科學基金項目和副研究員林華主持的國家自然科學基金青年項目等資助下，與美國西北大學等機構的學者開展合作，發(fā)現(xiàn)了一例新型熱電材料CsAg5Te3。研究表明，該化合物具有超低的晶格熱導（< 0.20 W/K/m，目前同一水平性能優(yōu)異熱電材料的zui低值），同時其熱電優(yōu)值ZT在727K達到1.5。理論計算表明，該超低的晶格熱導值歸因于一種之前從未發(fā)現(xiàn)的新型散射機制，即來源于三維孔道結構中不同Ag配位的共同振動（Concerted Rattling）。該研究工作為探索新型熱電材料提供新的方向和思路。相關研究工作申請了中國發(fā)明（201410837415.4）和PCT（PCT/CN2014/095376），并以Concerted Rattling in CsAg5Te3 Leading to Ultralow Thermal Conductivity and High Thermoelectric Performance 為題發(fā)表于《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, DOI: 10.1002/anie.201605015）。
此前，該課題組設計合成出具有雙離子隧道的熱電材料AxRE2Cu6-xTe6 (A=K–Cs; RE=La–Nd)（Chem. Mater. 2011, 23, 4910–4919.）；利用共摻雜取代得到*熱電性能的In4PbxSnySe3（Adv. Mater. 2013, 25, 4800–4806.）；利用“離子裁剪”方法得到層狀熱電材料TmCuTe2（Chem.-Eur. J. 2014, 20, 15401–15408.,Hot Paper）；發(fā)現(xiàn)超離子熱電材料Ag1-xCuSe（Inorg. Chem.2015, 54, 867–871.）。
福建物構所新型能熱電材料研究獲進展
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