近日,我校物理與光電工程學(xué)院鄭壯豪研究員課題組在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《NatureCommunications》發(fā)表了題為"Flexible power generators by Ag2Se thin films with record-high thermoelectric performance "的研究成果,該工作利用Te引起的微應(yīng)變和摻雜效應(yīng),在實(shí)現(xiàn)高擇優(yōu)生長(zhǎng)取向Ag2Se柔性薄膜可控生長(zhǎng)的同時(shí),引入點(diǎn)缺陷、界面缺陷等多類型缺陷,最終大幅度的提高了薄膜的熱電性能;并進(jìn)一步利用有機(jī)材料涂覆策略,提高了材料的機(jī)械性能。該研究提出了一種全新的柔性熱電薄膜聲電輸運(yùn)性能及機(jī)械性能調(diào)控的新策略和新機(jī)制。深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院鄭壯豪研究員為論文通訊作者,楊東博士為該論文的第一作者,深圳大學(xué)為第一通訊單位。
N型硒化銀(Ag2Se)在低溫下具有穩(wěn)定的正交晶體結(jié)構(gòu),是典型的窄帶隙半導(dǎo)體,其在近室溫下具有高電導(dǎo)率σ和低熱導(dǎo)率κ,同時(shí)該材料體系環(huán)境友好,在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用,是近年來(lái)熱電領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。但現(xiàn)有方法制備出Ag2Se基熱電材料仍存在熱電性能低、力學(xué)穩(wěn)定性差、加工工藝復(fù)雜等問(wèn)題,在微納結(jié)構(gòu)控制與精準(zhǔn)摻雜調(diào)控方面仍是一大挑戰(zhàn)。
針對(duì)該難題,我院鄭壯豪研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長(zhǎng)定律,利用Te的摻雜引起的微應(yīng)變和Se原子位置的替位摻雜降低Ag2Se(00l)平面的自由能,實(shí)現(xiàn)高擇優(yōu)生長(zhǎng)取向Ag2Se柔性薄膜可控生長(zhǎng),從而調(diào)控載流子輸運(yùn)實(shí)現(xiàn)高S2σ;并利用Te摻雜所引入TeSe點(diǎn)缺陷、界面缺陷等多類型缺陷的作用,強(qiáng)化了聲子散射,顯著降低了薄膜熱導(dǎo)率,最終大幅度的提高了薄膜的熱電性能(ZT值~1.27,363 K);隨后利用有機(jī)材料涂覆進(jìn)一步優(yōu)化了材料的機(jī)械性能(在6.3mm彎曲半徑下1000次彎曲測(cè)試后ΔR/R0<2.5%)。在20K的溫差條件下,利用所制備的N型Ag2Se薄膜和P型Sb2Te3組裝的柔性熱電器件的輸出功率密度可達(dá)1.5 mWcm-2。該研究工作對(duì)于高質(zhì)量柔性熱電薄膜材料及器件的研發(fā)提供了一種極有效的全新策略和技術(shù)途徑。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目支持。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-45092-7
(來(lái)源 物理與光電工程學(xué)院)