郭凯教授等在揭示122相Zintl化合物低晶格热导率来源方面取得进展
近日，广州大学物理与材料科学学院，广州大学黄埔研究院新型信息功能材料研究中心“百人计划”新引进教师郭凯教授联合上海大学材料基因组工程研究院的杨炯教授、德国德累斯顿马普学会固体化学物理研究所（德累斯顿）的Yuri Grin教授以及桂林电子科技大学的赵景泰教授等，在揭示122相Zintl化合物低晶格热导率的来源这一课题上取得重要进展，相关研究成果以题为“Unveiling the origins of low lattice thermal conductivity in 122-phase Zintl compounds”发表于材料科学类顶级杂志《Materials Today Physics》（影响因子9.298，中国科学院SCI期刊分区一区）。郭凯为第一作者，广州大学为第一作者单位。
热电材料作为一种新型能源转换材料，可以通过材料内部载流子的运动实现电能和热能的相互转换，在固态致冷、温差发电及可穿戴柔性器件供能等领域有重要应用。晶格热导率（κL）相较于电导率、塞贝克系数和电子热导率等参数，是一个相对容易独立调控的物理量进而对优化材料热电性能具有显著作用。较低的晶格热导率对热电器件保持较大的工作温差以获得更大的输出功率至关重要。原则上，本征低晶格热导率热电材料的典型特征表现为材料具有较大密度，以及在原子或纳米尺度上具有复杂结构。然而，对于122相Zintl化合物似乎与这一原则相悖。122相Zintl化合物有三种相对简单的晶体结构类型，平均原子质量相对较小，但它们表现出相当低的晶格热导率。本研究从原子的组成、排列及化学键等方面揭示了122相Zintl化合物低晶格热导率的物理起源，即声学支和低频光学支之间的耦合和化学键的各向异性导致了高的非谐性，从而有利于获得低的声速和小的弛豫时间。本研究为新型热电材料设计提供了新思路。该项研究得到了国家重点研发计划项目(No. 2018YFA0702100)，国家自然科学基金项目(No.21771123)的大力支持。
图(a)三方、(b)四方和(c)正交122相Zintl化合物AM2X2的晶体结构。A、B和X原子分别是深蓝色、绿色和橙色的球体。(d)典型122相Zintl热电化合物晶格热导κL与平均原子质量的关系。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529321001413
