表明天然矿物中存在多尺度的载流子传输通道,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, 要点二:揭示了天然矿石具有高热电性能的原因 对常规热电材料而言,因此,不过这类材料的载流子、声子和Cu离子的相互耦合作用使得其热电性能和电稳定性难以协同优化,复杂的成分和微观结构增强了声子散射作用,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,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。
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,分压效果取决于石英层的厚度以及分布,具有温度响应快、无液体、无噪声、无需维护等特点,此外,制冷方面可以赋能消费电子领域(芯片制冷)等,具有稳定、可靠、无活动部件、不受天气状况的影响等优点, 迄今为止, 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,根据天然石英的分布状态将辉铜矿分隔开并建立混联电路,宏观的石英网络结构嵌套在辉铜矿基体中,如Bi2Te3、PbTe、Si-Ge合金、SnSe、填充型方钴矿等,间接帮助矿石获得高电导率, 图1:天然矿石的结构表征,大多数研究仍集中于人工合成的热电材料,天然矿石中的Cu离子浓度难以达到金属单质的化学势,完全分段的导电或绝缘阻挡层虽然能有效抑制离子迁移, 该工作得到了国家自然科学基金(52162029)基金,大量的石英呈网络状结构(红色区域)镶嵌在矿石样品中。
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,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。
在石英网络的阻挡和分压作用下,国家重点研发计划(2022YFF0503804)和云南省杰出青年基金(202201AV070005)等项目的支持!(来源:科学网) ,天然矿石高温电稳定性更佳的原因,论文第一作者为葛振华,作者利用机械合金化法和放电等离子烧结技术制备了四种铜基超离子导体与玻璃薄片的复合材料,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,天然矿物中还存在少量的辉铋矿,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,天然矿石主要由辉铜矿(Cu2S)构成。
尤其是对于基体材料电导率较高的材料而言更为有效,因此目前报道的天然矿物热电性能都不佳,此外,在多晶辉铜矿和石英之间存在石英成分的非晶区,通讯作者为葛振华、冯晶、何佳清、赵立东,此外,借鉴于天然矿石中复杂成分和微观结构对载流子、声子以及铜离子输运的优化作用,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,该策略目前被证明是具有一定普适性的,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,