中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種清潔能源技術(shù)在國(guó)際上備受關(guān)注，有望為提高能源的利用率和緩解環(huán)境污染問(wèn)題提供一種綜合協(xié)調(diào)的方案。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由無(wú)量綱的熱電優(yōu)值ZT(=S2σT/κ)來(lái)表征，其中S和σ是材料的Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率，S2σ稱為功率因子，T為絕對(duì)溫度，κ為熱導(dǎo)率，包括電子熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率。獲得高熱電優(yōu)值可以通過(guò)提高Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率，降低熱導(dǎo)率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
近年來(lái)，銅基類金剛石結(jié)構(gòu)化合物由于具有很低的晶格熱導(dǎo)率引起了熱電研究領(lǐng)域的關(guān)注。晶格熱導(dǎo)率由聲子熱容、聲子群速度和聲子壽命決定。Cu2GeSe3具有與Ge類似的四配位鍵合結(jié)構(gòu)，它們具有差不多的熱容，然而Cu2GeSe3的室溫?zé)釋?dǎo)率僅有2.4W/mK。之前的實(shí)驗(yàn)研究中，人們推測(cè)Cu2GeSe3中原子振動(dòng)具有很強(qiáng)的非諧性，從而導(dǎo)致了如此低的熱導(dǎo)率。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所近期用第一性原理計(jì)算研究了Cu2GeSe3的晶格動(dòng)力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，計(jì)算得到的聲子譜、熱容和熱導(dǎo)率與實(shí)驗(yàn)相符。他們還計(jì)算了Cu2GeSe3中表征原子振動(dòng)非諧性的格林愛森常數(shù)，發(fā)現(xiàn)其比之前推測(cè)值低很多，他們認(rèn)為強(qiáng)非諧性不足以解釋其低熱導(dǎo)率，進(jìn)一步分析了其振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)決定熱導(dǎo)率的低頻振動(dòng)主要來(lái)自于Cu和Se振動(dòng)的貢獻(xiàn)，研究人員從成鍵特性出發(fā)探討了Cu2GeSe3低熱導(dǎo)率的來(lái)源，揭示了Cu-Se弱共價(jià)鍵導(dǎo)致其低熱導(dǎo)率的物理機(jī)理。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《歐洲物理快報(bào)》（EPL 109, 47004 (2015)）。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（11234012，11404348，11404350）、中國(guó)博士后基金（2014M561796）、浙江省博士后科研項(xiàng)目擇優(yōu)資助（BSH1402080）、寧波市自然科學(xué)基金（2014A610008）和寧波市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2014B82004）的支持。
寧波材料所揭示Cu2GeSe3熱電材料的低熱導(dǎo)率機(jī)理
