記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉, 該院固體所物質計算科學研究室張永勝研究員課題組, 在熱電材料低熱導率研究中取得新進展, 相關結果日前發表在國際著名的《物理評論B》上.
熱電材料可以實現熱能和電能之間的相互轉化, 其轉換效率可以用無量綱的ZT值來衡量, ZT值越大, 熱電轉換效率越高. 目前報道的熱電材料轉換效率較低, 尋找具有較低熱導率的材料是提高熱電材料轉換效率的一個重要方法. 由於礦石材料具有很低的熱導率, 並且價格低廉而受到科研人員廣泛關注, 其中兩種同構同型的礦石材料CuBiS 2和CuSbS 2的實驗測量熱導率值差別很大, 室溫下CuBiS 2的熱導率僅為CuSbS 2的1/3, 因此探索影響材料低熱導率的物理機制對設計和尋找新材料具有重要意義.
為此, 張永勝研究員課題組的科研人員採用密度泛函理論方法, 研究了CuBiS 2相對於CuSbS 2具有較低熱導率的物理機制. 研究表明, CuBiS 2和CuSbS 2中的Bi和Sb原子都含有孤對電子, 而孤對電子會導致材料有較強的非簡諧性, 進而兩種材料都有較低的熱導率. 這種孤對電子和原子振動的協同作用導致CuBiS 2相對於CuSbS 2具有更低的熱導率. 相關研究表明, 孤對電子和原子振動的協同效應對聲子非簡諧性有著重要影響.
這一研究成果, 將為尋求和設計具有超低熱導率和高效率的新型熱電材料提供了嶄新的思路.
