南京理工大学唐国栋Nature Co妹妹unications：操控异化轨道与化学键相互熏染实现高热电功能 – 质料牛 对于电子输运有紧张贡献
时间:2025-07-18 14:06:23 出处:热点阅读（143）
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南京能质https://doi.org/10.1038/s41467-024-53599-2
南京能质(c)塞贝克系数,理工料牛 (d)室温塞贝克系数以及载流子浓度关连图，运用这一措施在SnTe系统取患了优异室以及善宽温域热电功能，大学栋N道化电功
图7质料热电功能与器件近室温能量转换功能(a)热电优值(ZT)，其室温ZT值抵达0.36，妹妹
【中间立异点】
1.立异性提出经由操控异化元素s轨道以及Te-p轨道能量与尺寸的控异重叠水平，是化轨极具睁开远景的一类情景友好型中温热电质料。对于电子输运有紧张贡献，学键相互熏染Al异化能在费米能级临近导致强DOS峰。实现曲阜师范大学张永胜教授相助，高热
(c)、南京能质350 K高温差下，理工料牛(d)凭证Callaway模子合计的大学栋N道化电功kL。导致费米面临近态密度峰以提升费米能级临近的唐国态密度实用品质，导致费米面临近态密度峰来后退态密度实用品质，妹妹费米能级附件有强DOS 峰，对于电子输运有紧张贡献，从而提升最优载流子浓度区间，相关钻研下场Interplay between metavalent bonds and dopant orbitals enables the design of SnTe thermoelectrics在线宣告于Nature Co妹妹unications 2024，不审核到析出相。350 K高温差下，
(b)平均ZT(300-873K) 与无关报道的比力，同时这一基于化学键与轨道相互熏染来调控质料热电功能的措施有望为差距规范热电质料功能优化提供紧张参考价钱。受制于高热导率以及低功率因子，他们经由实际合计高通量筛选多少十种元素的轨道能量差与尺寸差，从而提升最优载流子浓度区间，无磨损、凭证最优载流子浓度与态密度实用品质的关连nopt∝(m*T)，【下场开辟】
综上所述，借助密集型位错调控SnTe的声子输运历程，
【导读】
热电转换技术是一种运用半导体质料直接将热能与电能妨碍相互转换的“绿色”能源技术。
(f)功率因子Al异化在SnTe费米能级临近导致强的态密度峰，大幅提升了SnTe质料室温及宽温域功率因子。17对于热电器件近室温转换功能达5.4%，很难优化载流子浓度到最优区间。
2.发现Al-s与Te-p轨道的能量以及尺寸差挨近，(e)17对于热电器件近室温能量转换功能，同时强的态密度峰进一步提升了Seebeck系数，发现Al-s与Te-p轨道的能量以及尺寸差挨近，实现热电功能最大化。密集型位错导致的晶格应变有利于抑制质料晶格热导率。由于SnTe为轻带半导体，优于商业运用Bi2Te3器件的能量转换功能，加之强态密度峰进一步提升了Seebeck 系数，(a)总热导率(kT)，全温区平均ZT抵达1.15的记实值，
图4 Sn1.03-x-yAlxSbyTe–z%AgBiTe2的电功能测试，热电转换技术凭仗其无需传动部件、
3.在SnTe资料中取患了优异室以及善宽温域热电功能，最优载流子浓度处于1019cm-3。从而后退态密度实用品质，全温区平均ZT抵达1.15的记实值。17对于多腿热电器件的转换功能抵达5.4%。余愿博士、该电声协同调控策略使患上SnTe质料具备优异室以及善宽温域热电功能，态密度实用品质较小（m*=0.13 me），Al异化能在SnTe费米能级临近导致强的态密度峰，优化载流子浓度艰深为后退质料热电功能的主要步骤，使患上最优载流子浓度挨近异化载流子浓度，(c)kL与相关报道比力，STEM、(e)态密度实用品质以及优化后载流子浓度关连图，发现电声输运解耦新机制，进一步拓宽了SnTe质料的近室温运用。(b)晶格热导率(kL)，实现热电功能最大化。(b)载流子浓度迁移率，
图5 Sn1.03-x-yAlxSbyTe–z%AgBiTe2的热功能测试，全温区平均ZT抵达1.15的记实值。因此可能经由操控异化元素s轨道以及Te-p轨道的重叠水平来调控费米能级临近的态密度实用品质，SnTe质料热电功能并不事实，运行清静、同时，
图6 Sn1.03-x-yAlxSbyTe–z%AgBiTe2的宏不雅形貌测试
异化元素较大的尺寸差距组成为了大批密集型位错，大批的Sn空地导致SnTe本征载流子浓度较高（~1021cm-3），同时提升了最优载流子浓度，晶体轨道成键指数表明SnTe质料Sn-s轨道与Te-p组成反键态贡献费米能级临近L点价带极大值。挨近实际合计的SnTe质料非晶极限值。差距系统质料塞贝克系数比力及Pisarenko线，发现SnTe质料Sn-s 轨道贡献近费米能临近的能级，无传染、宽温域热电功能的提升实用后退了SnTe器件近室温转换功能，图中异化元素在基体中平均扩散，673 K)，同时提升了最优载流子浓度，15，全温区平均ZT抵达1.15的记实值。这种重叠水平依赖于轨道能量差与尺寸差。晶体轨道成键指数表明SnTe质料Sn-s 轨道与Te-p组成反键态贡献费米能级临近L点价带极大值。有望替换碲化铅，该钻研为优化具备高本征载流子浓度质料热电功能提供了新思绪。进一步拓宽了SnTe质料的近室温运用。受限于异化固溶度，从而提升最优载流子浓度区间，较大Sn-s与Te-p轨道重叠，基于轨道能量差与尺寸差抉择异化元素，由于热电参数之间的相互耦合使患上热电质料ZT值的提升极具挑战。SnTe多腿热电器件近室温转换功能清晰提升到5.4%，优于商业运用Bi2Te3器件的能量转换功能。由于Al-s与Te-p轨道的能量以及尺寸差挨近，限度了SnTe热电质料的规模运用。坚贞性低等突出短处，提出经由适宜异化元素导致费米面临近态密度峰来后退态密度实用品质，黄金矩形区为导致DOS峰最实用异化元素的甜点位。
图3 Sn1.03-x-yAlxSbyTe–z%AgBiTe2的XRD、其室温ZT值抵达0.36，
钻研团队经由实际合计钻研了SnTe化学键以及轨道相互熏染机制，其室温ZT值抵达0.36，使晶格热导率飞腾至挨近实际合计的SnTe质料非晶极限值。在温差发电以及固态制冷规模有紧张运用。该钻研为优化具备高本征载流子浓度热电质料系统功能提供了新思绪。机械功能晃动、其室温ZT值抵达0.36，低老本等突出短处，实现热电功能最大化。为开拓高效热电质料与器件提供了紧张借鉴。尺寸小、表明SnTe质料Sn-s轨道贡献近费米能临近的能级，(a)电导率，大幅提升了SnTe质料近室温及宽温域功率因子。
【数据概览】
图1 SnTe化学键以及轨道相互熏染机制
实际合计钻研了SnTe化学键以及轨道相互熏染机制，SnTe具备元素无毒、宽温域热电功能的提升实用后退了SnTe器件近室温转换功能，使患上最优载流子浓度挨近异化载流子浓度，
【下场掠影】
南京理工大学唐国栋教授团队与亚琛工业大学德国迷信院院士Matthias Wuttig教授、优于商业运用Bi2Te3器件的能量转换功能，(f) 17对于热电器件近室温能量转换功能与无关报道的比力
该电声协同调控策略使患上SnTe质料具备优异室以及善宽温域热电功能，使患上最优载流子浓度挨近异化载流子浓度，三维原子探针表征
具备相同超价键的化合物适宜提升了异化元素的固溶度，MWH法统计的位错密度达2.9×1015m-2，(d)简洁费米能级与ZT值关连(300K、9133上。因此，实现电声输运的协同调控是热电质料功能优化的中间目的以及难题。从而后退态密度实用品质，将晶格热导率飞腾至0.32Wm-1K-1，
密集型位错散漫点缺陷散射声子，Al异化能在费米能级临近导致强电子态密度峰。
图2 基于轨道能量以及尺寸差筛选异化元素
较小能量以及尺寸差，17对于多腿热电器件的转换功能抵达5.4%，