武漢理工趙文俞組Inorg. Chem：利用石墨埋藏燒結技術，提升SrTiO3鈣鈦礦的熱電性能和力學性能

發表時間：2024-12-19 11:28

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主要內容

在降低熱導率的同時保持優異的電傳輸性能，對于提升SrTiO?基鈣鈦礦的熱電性能而言至關重要。武漢理工大學材料學科首席教授趙文俞及其團隊，憑借**操控構型熵的策略，成功實現了這一雙重性能的優化。他們運用固相反應法，并結合石墨埋藏燒結技術，精心合成了一系列Ca?.??Nd?.??Sr?.?-xBaxTiO?（x = 0, 0.05, 0.15, 0.25）陶瓷材料。研究揭示，A位競爭元素的引入誘發了結構缺陷的形成，這些缺陷不僅減緩了熱傳導過程中的擴散速度、有效抑制了晶粒的過度生長，還通過特定機制增加了氧空位的數量，進而促進了額外的氣體傳輸通道的形成。隨著構型熵的增大，載流子遷移率逐漸降低，導致電導率有所下降；然而，由于能帶結構的調整和載流子散射的加劇，塞貝克系數得到了顯著提升。

此外，材料中還存在多種缺陷包括：點缺陷、局部應變場、位錯以及晶界等。這些缺陷有效地散射了聲子，從而顯著降低了晶格熱導率，使其達到了1.73 W/(m·K)的優異水平。因此，在900 K的溫度下，x = 0.15的樣品展現出了0.15的ZT值峰值，與未改性的SrTiO?基體材料相比，熱電性能提升了高達148%。

值得注意的是，隨著構型熵的增大材料的硬度也得到了顯著增強。這主要歸因于化學無序程度的加劇、晶粒的細化以及缺陷濃度的提高。本研究不僅彰顯了**操控構型熵在熱電材料優化中的關鍵作用，并且為通過熵工程策略開發高性能熱電材料提供了寶貴的見解和啟示。