

传统的无机晶体热电材料具有优异的热电性能,但由于晶体结构中较强的离子键和/或共价键,导致其塑性和可加工性较差。然而,本文发现了一种新型的无机非晶材料,不仅具有优异的塑性变形性能,而且具有优良的电输运性能和热电性能。这种新材料在热电材料、非晶材料以及半导体材料领域具有重要科学意义。
热电材料由于能够通过内部载流子的运动实现热能和电能之间的直接相互转换,在温差发电和热电制冷方面具有实用价值。然而,传统的无机晶体热电材料由于晶体结构中较强的离子键和/或共价键,在弯曲、拉伸和压缩应力下易于断裂导致器件损坏,限制了热电材料的实际应用。
近年来,可穿戴式设备、微型芯片等领域的迅猛发展,迫切需要基于热电转换技术的自供电电池和微型制冷器件等。同时,这也对热电材料的机械性能提出了更高的要求。
研究结果表明,Ag2基体为非晶,少量微晶均匀分散在非晶基体中。该材料不仅具有优异的拉伸、压缩和弯曲等塑性变形性能,而且具有优良的电输运性能和热电性能。特别是该非晶材料展现出非同寻常的电性能,室温载流子浓度高达8.6×-3,霍尔迁移率达到·V-1·s-1,功率因子高达5.7×10-4W·m-1·K-2,显著优于常规非晶材料。其中霍尔迁移率比已发现的非晶材料高出两个数量级,功率因子至少高一个数量级。
同时,由于该材料自身的结构无序特征,导致极低的晶格热导率,因而展现出优异的热电性能。该材料的室温无量纲热电优值达到0.22,时接近0.70。利用该材料制备的单臂面内柔性器件在50K温差下,输出功率可达3.47×10-6W,输出功率密度达2.9W·m-2,优于绝大多数现有的柔性热电器件。
Ag2是迄今为止发现的首个具有优异柔性和热电性能的无机非晶材料。该材料的发现,在一定程度上突破了传统窄带隙半导体热电材料的限制,拓展了无机热电材料的多功能性和研究范畴。对热电材料、非晶材料乃至半导体材料领域都具有重要科学意义。
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