热电材料的发现为未来新型电力的发展奠定了基础

诸平

 Fig. 1 Clemson physicist joins forces with collaborators from China and Denmark to create hybrid compound.

Fig. 2 Jian He is an associate professor in Clemson University’s Department of Physics and Astronomy. Credit: Clemson University College of Science.

据美国克莱姆森大学（Clemson University）2021年4月16日提供的消息，该校研究人员与来自中国和丹麦的研究人员合作已经创建了一种新型的，可能会发生范式变化的高性能热电化合物（thermoelectric compound）。该国际性研究团队创造了一种新的杂化化合物（hybrid compound），其中晶体和非晶亚晶格交织为一种晶体-非晶二重性（crystal-amorphic duality）。相关研究结果于2021年4月16日已经在备受瞩目的能源研究期刊《焦耳》（Joule）杂志网站发表——Kunpeng Zhao, Espen Eikeland, Dongsheng He, Wujie Qiu, Zhicheng Jin, Qingfeng Song, Tian-ran Wei, Pengfei Qiu, Jianjun Liu, Jiaqing He, Bo Brummerstedt Iversen, Jian He, Lidong Chen, Xun Shi. Thermoelectric materials with crystal-amorphicity duality induced by large atomic size mismatch. Joule, April 16, 2021; DOI: 10.1016/j.joule.2021.03.012. http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2021.03.012

热电（Thermoelectrics）直接将热能转化为电能，并为各种各样的物品提供动力——从目前正在探索火星的美国宇航局的“毅力”号漫游者（NASA's Perseverance rover）到旅行冷却饮料（chill beverages）的冷却器。

克莱姆森大学的物理学家与来自中国和丹麦的合作者携手合作，共同开发出一种新型的，可能会发生范式变化的高性能热电化合物（ high-performance thermoelectric compound）。

材料的原子结构（即原子在空间和时间中的排列方式）决定了其属性。通常，固体是结晶的或无定形的。在晶体中，原子呈有序且对称的排列。非晶态材料具有随机分布的原子排列。

克莱姆森大学研究人员何健（Jian He音译）和国际团队创建了一种新的杂化化合物，其中晶体和无定形亚晶格交织为一种晶体-非晶体二重性。

克莱姆森大学理学院物理与天文学系（College of Science's Department of Physics and Astronomy）副教授何健说：“我们的材料是一种独特的杂化原子结构，一半是晶体，一半是非晶体。” “如果材料具有独特的原子结构，那么人们会期望看到非常不寻常的特性，因为特性取决于结构。”

研究人员通过有意地混合元素周期表中相同族中的原子大小不同的元素来创建其杂化材料。在这里，他们利用硫（S）和碲(Te)之间以及铜(Cu)和银(Ag)之间的原子尺寸失配来创建新的化合物（Cu_1-xAg_x）₂（Te_1-yS_y），其中结晶和无定形亚晶格交织为一个一种晶体-非晶体二重性。新化合物表现出优异的热电性能。

尽管这一发现目前还不能直接影响应用，但它很可能在未来导致更好的热电学。

何健说：“新材料性能良好，但更重要的是它如何达到这一性能水平。” “传统上，热电材料是晶体。我们的材料不是纯晶体，并且我们证明，使用具有新原子结构的材料，我们可以达到相同的性能水平。”何健预计新材料将在10-20年内开始影响应用。

 “它们肯定能做一些目前热电材料做不到的事情，但不是现在，”何健说，“不过，这项研究的未来是光明的。”

除何健外，参与此项研究的人员还包括来自中国的上海交通大学（Shanghai Jiaotong University），中国科学院上海硅酸盐研究所（Shanghai Institute of Ceramics）以及南方科技大学（Southern University of Science and Technology简称SUSTech）和丹麦的奥尔胡斯大学（ Aarhus University in Denmark）的科学家。上述介绍仅供参考，欲了解更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Two-phase material with surprising properties