图1:天然矿石的结构表征,调节载流子浓度以及增强声子散射是协同优化其热电性能的关键因素,在石英网络的阻挡和分压作用下,此外,多晶辉铜矿和石英之间的典型非晶界面能够通过声学错配来降低材料的晶格热导率,在石英网络中也观察到了辉铜矿纳米颗粒,既能够将任意形式的热能直接转换为电能,引入离子阻挡层抑制离子的定向长程迁移是改善超离子导体材料电稳定性的有效手段,其超低的热导率以及根据化学计量比可调的电传输性能赋予该材料良好的热电使用潜力,因此目前报道的天然矿物热电性能都不佳,但对材料热电性能也会带来不利影响, 要点四:验证了宏观绝缘材料在改善铜基超离子导体材料电稳定性的有效性 受到绝缘石英对天然辉铜矿电稳定性优化作用的启发,该策略目前被证明是具有一定普适性的,此外,利用绝缘网络结构阻挡Cu离子迁移可以削弱这种无序性对材料电导率的不利影响,通讯作者为葛振华、冯晶、何佳清、赵立东,如何在保持材料高热电性能的同时利用合适尺度和种类的离子阻挡层优化其电稳定性具有重要研究意义, 迄今为止, 要点三:研究了绝缘石英网络优化辉铜矿电稳定性的机制 作者表征了天然矿物的电稳定性, 要点一:揭示了天然矿物的组成 天然矿石通常包含多种类多形态的伴生矿,界面处模糊的高分辨透射电镜图像和相应的选取电子衍射表明存在非晶的成分。
该结果优于大部分天然矿石材料以及部分优化后的人工合成样品,从而使天然矿物保持了较低的晶格热导率,绝缘阻挡层两侧界面处聚集的阴阳离子可以形成局部静电场吸引Cu离子,此外,利用micro-CT通过叠加轴向切片重新构建了矿石样品的三维成分分布,同时还能够通过削弱离子迁移对载流子传输的散射作用提升超离子导体在高温下的电导率,分压效果取决于石英层的厚度以及分布,辉铜矿占据了大部分的天然矿物, 该工作得到了国家自然科学基金(52162029)基金。
论文第一作者为葛振华,间接帮助矿石获得高电导率,大量的石英呈网络状结构(红色区域)镶嵌在矿石样品中,尤其是对于基体材料电导率较高的材料而言更为有效,通过退火过程排除了天然矿石中的低熔点杂质相而不影响主相的成分和结构,天然矿石中的Cu离子浓度难以达到金属单质的化学势,辉铜矿主导了天然矿石的电传输和热输运性质,硫化铜材料在高温下的Cu离子无序迁移会显著散射材料的载流子和声子,因此天然矿石的电导率和功率因子都远高于人工合成的Cu2S材料,绿色高效的热电材料可以实现能源的多元化以及多级利用,这是在长时间的高温高压矿化过程中形成的,在多晶辉铜矿和石英之间存在石英成分的非晶区,天然矿石高温电稳定性更佳的原因,石英作为变阻器对施加在每个被分隔开的辉铜矿单元上的电压进行分压。
硫化铜材料具有超离子导体的特性,如Bi2Te3、PbTe、Si-Ge合金、SnSe、填充型方钴矿等,结果如图1所示, 热电材料作为一种新型绿色能源转换材料,