知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》近日發(fā)表北京航空航天大學(xué)科學(xué)家主導(dǎo)的國際科研團隊在熱電能源材料硒化錫應(yīng)用方面的一項突破性研究成果。此研究使硒化錫在新能源領(lǐng)域的實際應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種利用半導(dǎo)體材料直接將熱能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)。隨著環(huán)境保護(hù)形勢日益嚴(yán)峻，研究和開發(fā)清潔能源已成為全球科學(xué)研究的重點領(lǐng)域。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)憑借系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣等優(yōu)勢被重點關(guān)注。

北航國際交叉科學(xué)研究院熱電能源材料研究室主任趙立東教授經(jīng)過大量研究，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)硒化錫具有低熱傳導(dǎo)、儲量豐富、環(huán)境友好等特質(zhì)，是一種頗具潛力的熱電能源材料，但其硬傷在于導(dǎo)電性能較弱。

考慮到硒化錫的層狀晶體結(jié)構(gòu)，趙立東大膽猜想，在其層面內(nèi)可能具有不錯的導(dǎo)電性能。通過實驗他成功驗證了預(yù)期，并很快被西班牙及美國學(xué)者進(jìn)一步證實。

明確了內(nèi)部的導(dǎo)電性良好后，仍有一因素制約硒化錫的應(yīng)用。硒化錫材料在300-773K溫度范圍內(nèi)熱電優(yōu)值(熱電轉(zhuǎn)換效率)很低，這限制了硒化錫在這一重要溫度區(qū)間的使用。

通過反復(fù)實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，利用硒化錫的特殊電子能帶結(jié)構(gòu)和多谷效應(yīng)，可提高其導(dǎo)電性和溫差電動勢，從而獲得300-773K溫度范圍內(nèi)較高的電傳輸性能，使得硒化錫的熱電優(yōu)值整體提高。這意味著開發(fā)一種同時具備性能優(yōu)異、儲量豐富的熱電能源材料已成為可能。