基于结构功能区设计——具有低热导的新化合物SrOCuBiSe₂

【作者】 骆梦家； 黄富强；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 热电材料的转化效率与其热电优值zT（zT=S²sT/（k_L+k_e））有关,提高热电优值ZT主要可以通过调控材料体系的Seebeck系数、电导率以及热导率实现。在这三个参数中,调节Seebeck系数以及热导率较难调控,电导率则相对较易调控。近年来很多二维或者准二维层状热电材料的研究中引入了结构功能区概念,比如BiOCuSe（[Cu₂Se₂]作为导电层,[Bi₂O₂]层作为绝电层和绝热层）1。基于结构功能区的设计理念,选择CuBiSe2作为结构母体,往其层间插入碱土金属原子以及氧原子来调节电荷平衡,从而得到具有结构功能区的新化合物,如图1所示。通过助熔剂法得到了属于单斜晶系的新化合物SrOCuBiSe₂,其晶体结构如图2所示。该化合物具有低的热导(0.36W·m^-1·K^-1at850K),这是因为Cu的原子位移较大可以作为声子散射的单元以及Bi的6s2孤对电子使得晶格的非简谐振动加强从而声子散射加剧,并且具有较高的Seebeck系数(241u V·K^-1 at 850 K),这是因为电子被局域在导电层中从而具有较大的有效质量。更多还原