“才华横溢”的先进电子显微技术从多个方面揭开热电材料的神秘微观世界

       最近，我校物理系何佳清教授研究组在SCI期刊《纳米能源》（Nano Energy，影响因子：10.211）上发表综述文章《先进电子显微镜在热电材料中的应用》（Advanced Electron Microscopy for Thermoelectric Materials）。南方科技大学为该论文第一作者和通讯作者单位。

       新能源材料在当前社会面临环境污染和能源危机的双重困境中亟需获得新的突破，能源转换及储存材料正在成为一些发达国家强化经济及解决环境问题的重要手段。热电 材料是一类能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料。其应用领域可以分为热电发电和制冷两个方面：热电发电可以利用自然界中广泛存在的热能转换成急需的电能，因此可以被广泛地应用于军事、工业以及民用领域：军事领域例如航空舱中利用舱内外固有的温度差发电，工业领域例如将工业废热转换成电能再利用，民用领域例如汽车尾气废热回收再利用；热电制冷则实现以最低的电能消耗成本满足最大的制冷需求，能够为微型芯片、精密仪器等提供高效的制冷，例如可以有效地解决电子元器件发热等问题。因而热电材料具有良好的大规模应用的前景。

       然而几十年来，研究工作多数集中在如何提高热电材料宏观热电性能；直到纳米结构概念被引入热电领域后，热电材料的微观结构才逐渐被研究者重视起来。但是相比于其它的领域（如超导、铁电材料），强大的透射电镜技术还远没有被广泛而深入地应用到热电领域中，近年来何佳清教授课题组率先将各种先进的透射电子显微镜技术（包括高分辨透射像、扫描透射像、高角环形暗场像、球差扫描透射像、能谱、电子能量损失谱、背散射电子衍射、几何应力分析、结构模拟等技术、三维原子探针等）应用到热电材料的显微结构表征上，旨在揭示微观结构和宏观 性能的关系，并指导材料的结构设计以获得更高的热电性能。

       在该综述文章中，何佳清教授研究组首先回顾了近十年电镜技术在热电结构表征方面的应用，包括：微米、纳米、原子级尺度的结构缺陷的表征、电子结构信息表征、纳米结构的三维成像和原位动态观察、结构与性能耦合关系等。这为热电等能源材料领域的研究者提供了宝贵而方便的信息，例如“材料微观结构有哪些信息”、“微观结构信息和宏观性能有何关联”、“如何用电子显微技术表征这些微观结构信 息”、“如何基于结构设计合成新的材料”等。随后，又前瞻性地提出可以用哪些先进电镜技术来定性或者定量地表征热电等能源材料领域中重要的信息，例如用定 量汇聚束衍射表征价电子分布、用球差电镜定量测定原子级别的晶格偏移或扭曲等点缺陷、用电子能量损失谱和扫描隧道电子技术表征微区能带结构、用电子能量损失谱结合色差矫正的电镜表征声子激发信息、用全息照相技术表征静电势、用原位电镜技术表征纳米结构热稳定性和微区热电效应等。上述任何一个方面研究的突破，都将引起热电等能源材料领域研究的新热潮。

       文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285515001305