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材料学院耿慧远研究组在热电材料热传导机制方面研究取得重要突破
发布人:亓均雷  发布时间:2017-06-16   浏览次数:13

614日,哈工大材料学院耿慧远副教授带领的研究团队在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》(《Physical Review Letters》)上在线发表了题为“填充率波动导致笼式方钴矿的玻璃样超低热导率”(Filling-Fraction Fluctuation Leading to Glasslike Ultralow Thermal Conductivity in Caged Skutterudites)的研究成果。该研究被选为当期封面文章。这是我校研究生首次作为第一作者在该期刊上发表论文。该研究成果为提升热电材料的热电性能提供了一个有效而通用的机制。

笼式化合物具有许多优异的物理特性以及用途,比如热电、超导和拓扑绝缘体等。其中,笼式方钴矿作为一种“声子玻璃 电子晶体”材料,具有极其优异的热电性能,在航天深空探测、太阳热能发电、工业废热和汽车尾气废热回收等领域有着巨大的应用潜力。但是,其晶格热导率距离无序化极限还很远,这说明笼式方钴矿的热电性能仍有很大的提升空间。

该成果基于第一性原理计算和试验研究第一次发现并直接观察到笼式方钴矿中填充原子分布的不均匀性,即填充率波动现象。该成果发现扰动效应和纳米化均只对低频声子形成有效散射,笼式方钴矿缺乏有效的中高频声子散射机制。而填充率波动导致晶格中产生了不同尺度的应变场。定量的声子输运计算表明,该应变场对中高频声子形成了有效的散射。通过利用填充率波动,将笼式方钴矿的晶格热导率降低到了无序化极限。这一机制的发现和利用,为释放笼式化合物的“声子玻璃 电子晶体”潜力提供了理论基础和试验基础,将极大的刺激笼式化合物热电材料的发展。

哈工大材料学院耿慧远副教授和张丽霞教授为文章的共同通讯作者,其中耿慧远副教授负责了该项目理论模型以及试验设计的主要部分,张丽霞教授负责了本文的微观结构表征分析部分,2016级博士生任伟为第一作者。该课题是在哈工大百人计划、先进焊接与连接国家重点实验室经费支持下完成。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.245901