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上海硅酸鹽所在能量轉換材料的設計與制備研究中取得新進展
發布時間: 2009-11-25 15:47 | 【 【打印】【關閉】

  近日,中國科學院上海硅酸鹽研究所能源材料研究中心光電轉換材料與器件研究課題組提出了基于晶體結構單元的結構功能區的設計概念,并與熱電轉換材料與器件研究課題組合作,應用于光電和熱電材料設計與制備。

  運用這一新概念將同一晶體結構劃分成不同的功能區,從幾何實空間上解決在能量倒空間中相互制約的多個物理量。結合結構功能區概念的新型p型透明導體材料的設計與合成是黃富強研究員帶領的研究團隊最近完成的一項創新性工作。在新型p型含銅硫透明導電化合物研究中,提出了結構功能區的概念,將晶體結構分為導電功能區和絕緣功能區,分別負責導電和誘導透光,通過設計導電功能區和絕緣功能區實現高透明與高導電性的統一。導電功能區和絕緣功能區的創新概念已為現存的所有p型透明導體化合物結構所證實,并指導設計和合成出多種高性能化合物,其中單晶(~104S/cm)、塊體(~250S/cm)和薄膜(~103S/cm)的導電率為文獻報道最優。

  結構功能區的概念已成功地推廣至熱電材料的設計,通過導電與阻熱功能區構建,發現摻雜的Cu2MSnSe4(M=Zn, Cd)材料具有優異的熱電性能,中高溫熱電優值達到0.65(700K)0.91(860K),與現有優異熱電材料可比,突破了高性能熱電材料均為窄禁帶化合物的觀點。結構功能區的研究工作得到Adv.Mater.2009, SCI影響因子8.19)審稿人高度認同,指出The value and interest of the paper rests in identifying a novel material system that, with further modifications, might be developed into an important p-type material for thermoelectric power generation此文的價值和意義在于發現了一類新的材料體系,在進一步的改進后,可能成為重要的熱電發電應用p型材料。

  部分研究工作發表在Adv. Mater.2009 (21) 3808-12、Appl. Phys. Lett.2007 (90) 072109-11、Appl. Phys. Lett. 2009 (94) 202103-05、J. Appl. Phys.2007 (102) 116108-10、Chem. Mater.2007 (19) 3102-04等國際期刊上,并申請多項中國和國際專利且部分已獲得授權。

  上述研究工作得到了科技部重大研究計劃、國家自然科學基金和中國科學院百人計劃的資助。

  Cu2MSnQ4 (M=Zn, Cd; Q=S, Se)的晶體結構圖

  幾類常見熱電材料中的導電功能區,絕緣功能區示意圖

  能源中心

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