赵英浩 张瑞 张波萍 尹阳 王明军 梁豆豆

(北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083)

1 引 言

热电材料是一类能够实现热能和电能直接相互转化的清洁能源材料, 利用热电材料制备的热电器件具有体积小、可靠性高、适用温度范围广以及环境友好等特点, 在工业废热回收和空间特殊电源等领域具有广阔的应用前景[1-3].材料的热电性能可用无量纲热电优值ZT来衡量[4-6],ZT=α2σT/k, 其中α为Seebeck系数,σ为电导率,T为绝对温度,k为热导率,α2σ称为材料的功率因子(PF).高性能热电材料需要具备高α,σ和低k, 但由于构成ZT的物理量相互耦合, 如果单独追求其中一个参量的增大或减少往往会导致其他参量协同性的变化, 因此需要运用多种手段协同调控.目前, 提高热电材料性能的手段主要有: 通过杂质掺杂和调控本征缺陷来优化载流子浓度, 提升PF[7]; 通过能带工程[8], 包括使能带边缘平坦化, 引入共振能级和提高能带简并度的方法来提高态密度有效质量, 从而提升α; 通过引入多尺度缺陷[9,10], 包含原子尺度点缺陷、纳米尺度第二相及位错、次微米级晶界等, 实现对全频率段声子的剧烈散射, 降低k.

目前, 已经商业化应用的高性能热电材料体系如Bi2Te3, PbTe等因含有昂贵或有毒的重金属元素使其大规模化应用受到限制[11,12].铜硫化物(Cu2—xS)热电材料是一种新型热电材料, 因其组成元素丰度高、廉价易得、环境友好等特点, 成为极具发展潜力的绿色热电材料.Cu2—xS (0 ≤x≤ 1)系列化合物中, Cu2S, Cu1.97S, Cu1.9S及Cu1.8S作为热电材料已得到……