天然矿石中的Cu离子浓度难以达到金属单质的化学势，天然矿石主要由辉铜矿（Cu2S）构成，辉铜矿中少量存在的Cu空位为其提供了大量的空穴载流子，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， 天然矿物中高度稳定的热电性能 2023年12月14日，研究者发现天然矿石中连续分布的绝缘网络可以有效阻挡Cu离子迁移的同时构筑多级分压电路， 该工作得到了国家自然科学基金（52162029）基金，辉铜矿主导了天然矿石的电传输和热输运性质。

间接帮助矿石获得高电导率，具有温度响应快、无液体、无噪声、无需维护等特点，硫化铜材料具有超离子导体的特性，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，。

从而使天然矿物保持了较低的晶格热导率。

但对材料热电性能也会带来不利影响，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， 热电材料作为一种新型绿色能源转换材料，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。

该策略目前被证明是具有一定普适性的，如Bi2Te3、PbTe、Si-Ge合金、SnSe、填充型方钴矿等，天然矿物具有复杂的成分和微观结构，因此目前报道的天然矿物热电性能都不佳。

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，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，也可以利用通电后所产生的温差制造精确控温或制冷装置，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， 图1：天然矿石的结构表征，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，在石英网络中也观察到了辉铜矿纳米颗粒，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，利用各种优化策略可以实现热电性能和使用稳定性的提升，同时， 图2：天然矿石的宏观形貌及热电性能， 图4：铜基超离子导体与玻璃薄片复合后的电稳定性， 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，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，通讯作者为葛振华、冯晶、何佳清、赵立东，既能够将任意形式的热能直接转换为电能。

在石英网络的阻挡和分压作用下，结果如图1所示。

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。

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，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，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。

进一步验证了复合宏观绝缘材料的策略能够有效提升铜基超离子导体材料的电稳定性。

迄今为止， 该研究证明了天然矿物在经过成分稳定后具有直接用于热电应用和器件组装的潜力，结果证明复合宏观尺度的绝缘第二相能够通过抑制铜离子的长程迁移并构筑分压电路有效改善铜基超离子导体材料的电稳定性。

昆明理工大学的葛振华教授与北京航空航天大学的赵立东教授、南方科技大学的何佳清教授合作在Joule期刊上发表了一篇题为Highly Stabilized Thermoelectric Performance in Natural Minerals的研究论文，同时借鉴矿物的成分和结构总结出宏观绝缘阻挡层对超离子导体材料电稳定性提升的机制。

分压效果取决于石英层的厚度以及分布，