李均钦：SnTe的熵工程多组元合金化导致超低晶格热导率和先进热电性能

zaoshan

热无处不在：人类创造的能量中多于2/3都以热量的形式流失。热电材料可以无需旋转部件或温室排放，直接将未开发的浪费的热量转化为电能。因此，热电材料研究在近几十年来受到了广泛关注。提供热电材料性能的方法就像Slack提出的名为“电子-晶体 声子-玻璃”的双向策略一致，一方面通过能带结构工程使电导率、Seebeck系数和载流子热导率退耦合，得到较高的功率因数；另一方面，通过全方位层次结构抑制晶格热容。根植于高熵合金的核心效应，熵工程可实现高熵合金能带结构工程和多尺度层次结构的协同效应。

近日，深圳大学的李均钦教授团队在Advanced Energy Materials上发表了题为“Entropy Engineering of SnTe: Multi‐Principal‐Element Alloying Leading to Ultralow Lattice Thermal Conductivity and State-of-the-Art Thermoelectric Performance”的文章。增加合金元素的数目，需要补偿载流子迁移率，这一直是高熵合金应用于热电材料领域的挑战。而此篇文章作者考虑了多组元合金体系，即合金元素少于五种的“低配版”高熵合金。组元并不是等摩尔的，混合熵却足够高来引发高熵合金的核心效应。未验证多组元合金化体系的合理性，作者选择环境友好的SnTe作为最佳材料样本，其简单的fcc岩盐型结构易于展示多组元合金体系的效力，考虑到高熵合金效应，岩盐型结构也有利于形成单相高熵合金。

在熵工程的背景下，作者在SnTe热电材料中，使用多重元素合金体系在结构有序和无序之间得到精妙平衡，进而观察了由声学声子散射到合金元素数目增加的合金散射的系统转变。由于高熵合金的核心效应，Mn的溶解度大大增加，多尺度层次结构使简单面心立方样品获得低于无序界限的晶格热导率。且在高熵热点材料中首次报道了相互纠结的线缺陷和应变团簇。多重元素合金体系还促使能带汇聚，增加了能带有效质量，步长了载流子迁移率的损失，从而提高了功率因子。

文献链接：Entropy Engineering of SnTe: Multi‐Principal‐Element Alloying Leading to Ultralow Lattice Thermal Conductivity and State‐of‐the‐Art Thermoelectric Performance（Adv. Energy Mater.，2018，DOI：abs/10.1002/aenm.201802116）