葛振华教授团队在硫属化合物热电材料方面取得重要进展

近日，材料科学与工程学院葛振华教授在硫属化合物热电材料方面取得重要进展，相关工作以题为Realizing High Thermoelectric Performance in Earth-Abundant Bi₂S₃Bulk Materials via Halogen Acid Modulation发表在《Advanced Functional Materials》（中科院双一区Top期刊)上。昆明理工大学为第一作者单位，葛振华教授，冯晶教授等为通讯作者，葛振华教授指导的博士研究生郭俊为第一作者。

热电材料能够实现废热与电能的直接相互转化，有利于回收废热中的能量实现能源的再利用。硫化铋基热电材料以其低成本，低毒，环境友好的特点，一直以来作为一种具有前景的中温区热电材料而广受关注。本文通过水热法利用卤族酸对硫化铋进行卤素调制掺杂，结果表明卤族酸中，HCl能显著优化硫化铋的电传输性能，同时由于粉末中片状结构的存在，烧结后块体中存在大量的位错等缺陷，导致其最终热导率较低。结合优化的电传输性能和较低的热导率，在673 K时其热电优值接近0.8，与商业应用的碲化铋材料接近。同时其热电转换效率首次报道为2.3%。该材料优异的热电性能为低成本、低毒的硫化铋材料提供了潜在的应用前景。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202102838

同时，在高熵硫属化合物热电材料领域也取得进展，相关工作发表在《Materials Today Physics》（中科院双一区Top期刊)上，题为Ultralow thermal conductivity and improved ZT of CuInTe₂by high-entropy structure design。葛振华教授与宁波材料所蒋俊研究员联合培养的硕士研究生蔡剑锋为论文第一作者。葛振华教授和蒋俊研究员为论文通讯作者。

高熵合金设计思想已经对许多材料领域产生了重要影响。高熵结构可提升体系的固溶度极限，有利于形成均一的稳定相，这一特点对热电材料具有重要意义。然而高熵结构标志着体系有序度的下降，由此导致的电导率和热导率的同时减小是高熵热电材料结构设计的主要矛盾。本文通过设计高熵结构主动降低CuInTe2材料的晶格热导率，并且基于原子局域成键分析，发现设计高熵结构热电化合物时应尽量减小对能带结构的影响。合成的七组元高熵化合物热电性能较基体提升50%，同时所设计的高熵化合物具有更加优良的热稳定性以及显著改善的力学性能，这对于高温恶劣环境下热电材料服役具有十分巨大的意义。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100394

上述成果得到了国家自然科学基金项目和云南省基础研究计划项目的资助。

（供稿：材料学院）