热电材料及器件研究获新进展

中化新网讯 12月18日，北京航空航天大学赵立东教授团队在《科学》发表题为“拓宽硒化锡Cmcm相的温度稳定区间以实现优异热电性能”的研究论文，在热电材料及器件研究领域取得关键进展。这是该团队2025年发表的第3篇《科学》论文。《科学》编辑评价指出，增加Cmcm相中铅含量可在更低温度实现高热电性能，23%的铅合金化能降低相变温度并提升载流子迁移率。

能源作为人类社会生存发展的重要基础，使用过程中超过50%的能量以废热形式浪费。热电技术可实现热能与电能直接转换。基于塞贝克效应的温差发电和珀尔帖效应的热电制冷，在深空探测电源、集成电路热管理等关键领域具有重要应用价值。

热电材料转换效率由无量纲热电优值（ZT）决定，需同时具备大塞贝克系数、高电导率和低热导率，但三者的复杂耦合关系限制了ZT值的提升。赵立东团队此前提出多项创新策略，在硒化锡晶体相关研究中已取得一系列重要成果。

硒化锡在800K存在两相相变，低于800K为Pnma相，高于800K为Cmcm相，此前研究多聚焦于Pnma相，而对称性更高的Cmcm相热电性能潜力未被开发，基于N型硒化锡晶体面外方向的热电器件研究也处于空白。

本次研究聚焦高对称Cmcm相N型硒化锡晶体，通过在硒化锡材料中大比例固溶高对称立方相硒化铅，成功拓宽了高温Cmcm相的温度稳定区间，显著增强了晶体面外方向“2D 声子/3D 电荷”传输特性。晶格对称性提升优化了载流子迁移率，促进“3D 电荷”传输；铅元素引入则软化晶体键合作用，降低晶格热导率，增强“2D 声子”散射。

该研究提供了“通过合金化调控晶格对称性，协同优化电—热输运”的可推广设计范式，使Cmcm相从“短暂存在”走向“宽温稳定”，为高温热电材料工程应用奠定基础。未来，这种“对称性驱动”思路有望推广至更多低对称层状热电体系，为余热发电、航天能源及高温能量回收技术开辟新空间。