熱電材料研究成果
衡量熱電材料能量轉(zhuǎn)化效率的最重要的指標(biāo)是其品質(zhì)因子ZT(=S2σT/κ), 而降低材料的熱導(dǎo)率κ是一種確實(shí)有效的提高功率因子的手段。雖然材料所經(jīng)歷的退火過程可以通過影響材料的微觀結(jié)構(gòu)從而決定材料的熱導(dǎo)率,但是這些唯象的分析并未得到熱動(dòng)力學(xué)的理論支撐因而僅僅浮于表象。 在這篇論文中,作者首先觀測(cè)到一個(gè)非常有意思的現(xiàn)象:隨著PbTe中CdTe成分的增加,其晶格熱導(dǎo)率在快冷和慢冷的退火條件下表現(xiàn)出截然相反的趨勢(shì)。為此,經(jīng)過細(xì)致的透射電鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn),在不同的退火條件下,其CdTe相析出物隨著CdTe成分的增加呈現(xiàn)出迥異的微觀形貌。為探究其原理,作者先是利用熱動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算模擬析出相的成核和生長(zhǎng)過程,得出CdTe作為第二相從母體PbTe中析出的分布函數(shù),然后考察析出相的尺寸和數(shù)密度對(duì)聲子散射的不同作用,最終結(jié)合Callaway模型做出了和實(shí)驗(yàn)數(shù)值符合非常好的模擬結(jié)果,從而為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的晶格熱導(dǎo)率提供了熱動(dòng)力學(xué)依據(jù)。該研究對(duì)熱電材料中利用優(yōu)化退火條件實(shí)現(xiàn)晶格熱導(dǎo)率的調(diào)控提供了很好的理論指導(dǎo)和啟發(fā)。
南方科技大學(xué)
2021-04-13