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科技日?qǐng)?bào)合肥1月22日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所物質(zhì)計(jì)算科學(xué)研究室張永勝研究員課題組，在熱電材料低熱導(dǎo)率研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果日前發(fā)表在國(guó)際著名的《物理評(píng)論B》上。

熱電材料可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)換效率可以用無(wú)量綱的ZT值來(lái)衡量，ZT值越大，熱電轉(zhuǎn)換效率越高。目前報(bào)道的熱電材料轉(zhuǎn)換效率較低，尋找具有較低熱導(dǎo)率的材料是提高熱電材料轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要方法。由于礦石材料具有很低的熱導(dǎo)率，并且價(jià)格低廉而受到科研人員廣泛關(guān)注，其中兩種同構(gòu)同型的礦石材料CuBiS2和CuSbS2的實(shí)驗(yàn)測(cè)量熱導(dǎo)率值差別很大，室溫下CuBiS2的熱導(dǎo)率僅為CuSbS2的1/3，因此探索影響材料低熱導(dǎo)率的物理機(jī)制對(duì)設(shè)計(jì)和尋找新材料具有重要意義。

為此，張永勝研究員課題組的科研人員采用密度泛函理論方法，研究了CuBiS2相對(duì)于CuSbS2具有較低熱導(dǎo)率的物理機(jī)制。研究表明，CuBiS2和CuSbS2中的Bi和Sb原子都含有孤對(duì)電子，而孤對(duì)電子會(huì)導(dǎo)致材料有較強(qiáng)的非簡(jiǎn)諧性，進(jìn)而兩種材料都有較低的熱導(dǎo)率。這種孤對(duì)電子和原子振動(dòng)的協(xié)同作用導(dǎo)致CuBiS2相對(duì)于CuSbS2具有更低的熱導(dǎo)率。相關(guān)研究表明，孤對(duì)電子和原子振動(dòng)的協(xié)同效應(yīng)對(duì)聲子非簡(jiǎn)諧性有著重要影響。

這一研究成果，將為尋求和設(shè)計(jì)具有超低熱導(dǎo)率和高效率的新型熱電材料提供了嶄新的思路。