报告题目：Ge合金化对N型Pb基热电材料性能影响的研究

主  讲  人：罗中箴  美国西北大学

                               南洋理工大学

报告时间：2019年11月22日（星期五）16:00

报告地点：材料楼404

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Ge合金化对N型Pb基热电材料性能影响的研究

Zhong-Zhen Luo^1,2，Qingyu Yan^1*，Mercouri G. Kanatzidis^2*

¹Nanyang Technological University, 50 Nanyang Avenue, 639798, Singapore

²Northwestern University, Evanston, Illinois 60208, United States

摘要：在化石燃料的利用过程中，大部分能量以废热的形式被排放到周围环境，造成了大量温室气体排放、严重的空气污染和能源危机。如何回收利用这些热能并提高能源利用效率，进而缓解环境污染问题和能源危机，是摆在人类面前的一个重要挑战。热电材料能够实现热能和电能的直接相互转换，在废热回收利用和微电子集成器件制冷等领域具有广泛的应用前景。提高材料热电优值（ZT），尤其是平均热电优值（ZT_avg），是提高器件转换效率并最终得以实际应用的关键。具有高ZT值的热电材料必须同时具有高电导率、大Seebeck系数以及低热导率。然而，由于这些参数在热和电传输过程中具有强的关联性，使得ZT值的提高异常艰难^[1-2]。铅基热电材料PbQ (Q = Te, Se, S)是最具有代表性的中温区热电材料，具有较高的热电优质值，如P型PbTe热电优值可达到2.5。然而其对应的N型热电材料性能较差，热电优值约为1.6左右，严重限制了热电器件的综合性能，如何有效的提高N型热电性能尤为重要。为此，我们通过Ge合金化以及选取有效的掺杂元素，采用多种策略降低热导率，包括偏心掺杂原子软化声子振动模式，纳米第二相降热导率等。另一方面，合理调节能带结构以实现Seebeck系数增大，提高平均热电优质值，取得一系列重要进展^[3-6]。系列工作不仅提高了N型铅基热电材料的性能，并且提出了新颖的热电优化策略，有望扩展到其他热电材料体系，提高热电优值。

关键词：热电；铅基热电材料；热导率；Seebeck系数；热电优值

文献：

1. Zhong-Zhen Luo, et al. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601285.

2. Zhong-Zhen Luo, et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 1801617.

3. Zhong-Zhen Luo, et al. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 3220−3230.

4. Zhong-Zhen Luo, et al, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6403−6412.

5. Zhong-Zhen Luo, et al. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16169−16177.

6. Zhong-Zhen Luo, et al. Chem. Mater. 2019, 31, 5943−5952.

        简介：罗中箴，博士，新加坡南洋理工大学博士后、美国西北大学化学系访问学者。2009年获兰州大学学士学位，2014年获中科院福建物质结构研究所博士学位（导师：程文旦研究员）。目前从事热电材料研究。在J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci.，Adv. Funct. Mater.，Joule，Adv. Energy Mater.，Nano Energy，Chem. Mater.，ACS Appl. Mater. Interfaces等发表超过40篇SCI学术论文，其中近五年第一作者及通讯作者发表15篇，包括中科院大类一区杂志10篇，影响因子大于10文章9篇。成功申请并授权发明专利7项