记者从中科院合肥物质科学研究院获悉, 该院固体所物质计算科学研究室张永胜研究员课题组, 在热电材料低热导率研究中取得新进展, 相关结果日前发表在国际著名的《物理评论B》上.
热电材料可以实现热能和电能之间的相互转化, 其转换效率可以用无量纲的ZT值来衡量, ZT值越大, 热电转换效率越高. 目前报道的热电材料转换效率较低, 寻找具有较低热导率的材料是提高热电材料转换效率的一个重要方法. 由于矿石材料具有很低的热导率, 并且价格低廉而受到科研人员广泛关注, 其中两种同构同型的矿石材料CuBiS 2和CuSbS 2的实验测量热导率值差别很大, 室温下CuBiS 2的热导率仅为CuSbS 2的1/3, 因此探索影响材料低热导率的物理机制对设计和寻找新材料具有重要意义.
为此, 张永胜研究员课题组的科研人员采用密度泛函理论方法, 研究了CuBiS 2相对于CuSbS 2具有较低热导率的物理机制. 研究表明, CuBiS 2和CuSbS 2中的Bi和Sb原子都含有孤对电子, 而孤对电子会导致材料有较强的非简谐性, 进而两种材料都有较低的热导率. 这种孤对电子和原子振动的协同作用导致CuBiS 2相对于CuSbS 2具有更低的热导率. 相关研究表明, 孤对电子和原子振动的协同效应对声子非简谐性有着重要影响.
这一研究成果, 将为寻求和设计具有超低热导率和高效率的新型热电材料提供了崭新的思路.
