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南科大本科生娄晴发表学术论文入选ACS Editors’Choice
2019年11月27日 新知 浏览量 :2646 返回

近日,我校理学院物理系2016级本科生娄晴以第一作者身份在ACS Applied Energy Materials上发表通过铼元素掺杂极大提升赝层状p-型Sb2Te3(GeTe)12 材料的热电性能的最新研究成果。该研究引起了广泛的关注,并入选为ACS Editors’Choice文章进行亮点报道,同时在美国化学学会网站头条新闻展示。

a)Ge 空位的HAADF图像b)该工作及已报道工作的zT值和晶格热导率

在本次工作中,娄晴在导师何佳清教授和物理系博士生徐啸的指导下,通过使用金属元素铼掺杂的方式,成功优化了样品的电学性能。团队发现,适量的铼元素掺杂能够调控Sb2Te3(GeTe)12的载流子浓度以提高其功率因子。同时,团队运用球差矫正透射电子显微镜清楚地捕捉到了样品中的二维缺陷以及锗析出物在掺杂前后的尺寸变化,大量文献表明,材料内部的这些缺陷会强烈的散射声子,进一步降低材料的晶格热导率。该工作使得Sb2Te3(GeTe)12基热电材料的总体热电性能得到大幅优化,在773 K温度下的热电优值达到了2.25,晶格热导率降低至0.42W/mK,接近GeSbTe体系的晶格极限。
热电材料是能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料,在热电制冷和废热发电等方面均有着广泛的应用前景,对于提高现有能源利用效率和缓解能源危机有重要作用。Sb2Te3(GeTe)n基热电材料,由于其独有的赝层状结构能够带来较低的本征晶格热导率,被视为十分有前景的中温区热电材料。然而,Sb2Te3(GeTe)n(n=12)材料相对平庸的电输运性能限制了该体系的进一步发展。

该工作提供了一种同时优化功率因子及降低晶格热导率的方法,能有效提高Sb2Te3(GeTe)12基热电材料的热电性能,使其成为中温区热电材料在商用推广中的可靠备选之一,有望大幅推动热电材料产业化的进程。

娄晴2016年9月进入南科大,书院导师是我校校长陈十一院士。在导师的鼓励下,选择专业后,于2017年9月加入理学院副院长、物理系主任何佳清教授团队,进行热电材料研究和透射电子显微镜(TEM)技术学习至今。在何佳清和课题组成员的指导下,她迅速融入团队,经过两年的学习研究完成了此项研究工作。她于2019年参加中国材料学会主办的中国材料大会,获得最佳墙报奖;并于2018年7-9月获得学校和物理系的专项经费资助,到美国西北大学学习交流TEM技术。

谈到这项研究和取得的成果,娄晴说:“我的专业导师何佳清教授非常重视对学生各种能力培养及科研素质的提高,在他的带领下,实验室里的科研合作创新氛围很浓。”她表示,研究成果的取得,离不开何佳清教授孜孜不倦的指导和鼓励以及徐啸师兄不厌其烦的指导,更要感谢的,是南科大给本科生们提供的宝贵科研平台和资源。

这项工作的开展和完成得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科创委基础研究以及广东省大学生科技创新培育专项资金(“攀登计划”专项资金)等项目的支持。

文章链接:http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsaem.9b01915

供稿:物理系

编辑:刘馨

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