日前，昆明理工大学材料科学与工程学院金属先进凝固成形及装备技术国家地方联合工程研究中心葛振华团队在碲化锗/碲化铋热电材料性能调控方面取得重要进展。相关研究成果分别发表在Advanced Functional Materials和Chemical Engineering Journal上。

图1 碲化锗热电性能增强机理示意图

成果一：

在碲化锗材料热电性能协同优化方面，研究团队在GeTe中实现了(Sb, In)共掺杂，杂质能级的引入优化了能带结构。此外，研究发现纳米尺寸的Sb₂Te₃析出相形成了全尺度的梯度结构，降低了晶格热导率，这种协同效应使得样品在保持高功率因子（PF）的同时获得了优异的热电优值（ZT）。具体而言，Ge0.93Sb0.06In0.01Te样品在773 K时达到2.2的峰值ZT，在323-773 K范围内的平均ZT为1.3。基于该材料制备的对应单腿热电模块的转换效率达到约11.0%，凸显了高性能GeTe基材料在发电领域的巨大应用潜力。相关研究以“Hierarchical Architectures Boosting Thermoelectric Performance in GeTe with Sb2Te3 Precipitates”为题，发表在功能材料顶级期刊Advanced Functional Materials上。昆明理工大学为第一作者单位和通讯作者单位，材料科学与工程学院硕士研究生黄四江为第一作者，德国莱布尼茨研究所徐啸博士和葛振华教授为通讯作者。

图2 碲化铋热电性能以及断裂韧性增强机理示意图

成果二：

在碲化铋材料热电性能及力学性能协同优化方面，研究团队采用NiS作为掺杂剂，在Bi0.42Sb1.58Te3内经历固相反应后，分解并原位生成NiTe第二相并伴随气孔的产生。这种独特的微观结构带来了多重协同效益，使得样品在保持较高功率因子（PF）的同时获得了优异的热电优值（ZT）。具体而言，Bi0.42Sb1.58Te3 + 0.1 wt% NiS样品在323 K时达到 1.4的峰值ZT，在298-398 K范围内的平均ZT为1.3。基于该材料制备的四腿热电模块的转换效率达到约5.3%，同时断裂韧性提升约87%，凸显了高性能p型碲化铋材料在可加工领域的巨大应用潜力。相关研究以“Reaction-Generated Secondary Phase Advances Electronic-Phonon Decoupling and Boosted Mechanical Performance in Bi0.42Sb1.58Te3 Alloys”为题，发表在化工与材料期刊Chemical Engineering Journal上。昆明理工大学为第一作者单位和唯一通讯单位，材料科学与工程学院硕士研究生刘一林为第一作者，昆明理工大学荣菊副教授、葛振华教授为通讯作者。

相关研究得到国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、云南省应用基础研究重点项目等的支持。

（供稿：材料科学与工程学院）