物科院趙云山教授在《Advanced Functional Materials》發表研究論文
物科院趙云山教授在低維材料熱電輸運領域取得重要進展。熱電材料通過將環境中廢熱直接轉為有效可利用的電能,為當前能源危機提供了一種可持續、綠色便捷的能源補給途徑,如何提高熱電材料熱電特性成為學者不斷討論和研究的話題。二維半導體材料作為后硅半導體時代重要部分,其具有較高載流子遷移率和較大的有效電子質量,其在熱電領域中應用近年來也引起了廣泛關注。在該工作中,研究人員報道了“能帶工程”可以顯著提高新型二維半導體材料PdSe2的熱電特性,其功率因子可高達1.5 mWm-1K-2。通過退火處理可以降低接觸電阻,同時能夠有效去除雜質缺陷和有機物殘余。研究人員把熱電器件在480K環境中退火4個小時,發現PdSe2導電性提高了將近10倍,同時電子載流子遷移率達到210 cm2V-1S-1,最終熱電因子提高了將近3倍。通過對比不同厚度的PdSe2樣品熱電特性,研究人員發現,越薄的PdSe2呈現出更好的導電和熱電特性。第一性模擬計算證實,隨著厚度降低,導帶中有額外的能帶出現,兩個能級發生了簡并,從而提供更多電子態密度和創造更多電子通道??紤]PdSe2晶格低對稱性導致的較低熱導率,研究人員預測室溫下其ZT可達0.1,優越于目前報道的其他二維半導體材料。此研究證實,熱退火處理和“維度工程”能顯著提高材料的新型二維半導體PdSe2熱電特性,從而為當前不斷涌現的二維半導體材料在低維熱電領域提供了新思路。該工作對于探索低維材料應用于物聯網自供電領域具有深遠意義。
南京師范大學
2021-02-01