近期，上海光机所与山东大学、常州大学及上海大学四家研究单位的热电材料研究小组合作，在合成超低热导率的新材料方面取得重要进展。研究人员利用阴阳离子协同剪裁，将笼式化合物与锑化物的结构基元进行组合，打破传统笼式化合物的固有结构与比例，获得具有“电子晶体-声子玻璃”特性的新型类笼式化合物Ba23M10Ge10Sb25？δ(M = Ga, In)。这一新体系的发现为新型热电材料的定向设计提供重要依据。
热电材料性能评价指标为热电优值ZT，ZT由Seebeck系数、电导率和热导率决定。但是三个参数之间相互耦合，难以实现独立调控。而本征热导率低的材料具有明显的优势，给性能优化提供了先天条件，成为热电材料研究的热点。本课题组通过将笼合物与锑化物结合，利用笼状框架中的“振子”Ba2+产生低频振动，锑原子产生非简谐振动，有效降低晶格热导率。获得的新化合物Ba23Ga10Ge10Sb25具有类似玻璃的导热特性，在323K下的晶格热导率为0.2W﹒m-1﹒K-1，仅为经典笼式化合物Ba8Ga16Ge30的1/4。
基于此类材料晶格热导率低的优势，通过调控载流子浓度，有望获得有实际应用价值的高温发电材料。该研究成果已被Chemistry of Materials[DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b01441]在线发表。该研究获得国家自然科学基金(No.11535010)、中科院创新交叉团队等资助。
Ba23M10Ge10Sb25？δ(M = Ga, In)的晶体结构及晶格热导率图
