《Acta Materialia》：热电优值高达22！一种构建轻元素主导资料的新战略

  热电（TE）资料可实现从废热到电力的环保动力转化。TE 资料的转化功率以长处系数 (ZT) 为特征。作为进步 TE 功能的首要战略，功率因数（PF = S2σ）和热导率都需求细心优化。为了改进PF，人们应用了很多的能带工程办法，包含能带收敛、弱电子-声子耦合、小能带有用质量等。在声子传输方面，因为声子频率规模比较小，声子群速度较低，因而一般会用由重元素组成的化合物，如 Bi2Te3、Sb2Te3、SnTe 和 GeTe。一起，因为存在孤对电子和共振键，这些 TE 资料一般表现出很强的非谐波性，然后进一步阻止了热传输。热电资料一般含有重金属元素，以保证低晶格热导率。但是，Pb、Bi 和 Sb 等重金属元素不只价格昂贵，还存在潜在的污染危险。

  图 3. (a) 300 K时 Li4OTe 电子线宽虚部的热图（左）以及与 DOS（右）比较的与形式相关的线宽（蓝点）。(b) p型Li4OTe 在 300-900 K 时的上限功率因数PF，以及优化的塞贝克系数S和电导率σ。

  图 4. Li4OTe的声子光谱（a）和声子态密度（b）。(c) Li4OTe 的声子群速度与 DOS 的比较。(d) 声子散射率与频率的联系（由声子-声子的内涵相互效果引起），以及 300 K 时 Li4OTe 的累积晶格热导率。

  图 5. (a) 在载流子浓度为 3 × 1020 cm-3 时，p型Li4OTe 在没有（蓝色）和有（赤色）el-ph 效果下的声子寿数的频率依赖性。a）的插图是el-ph相互效果（灰点）和内涵ph-ph相互效果（蓝点）导致的p型Li4OTe声子散射率。(b）载流子浓度为 3 × 1020 cm-3时 Li4OTe 的热导率与温度的联系。(c)在载流子浓度为 3 × 1020 cm-3 时，核算得出的p型 Li4OTe 的质量系数ZT 。

  总归，本研讨经过第一性原理核算，体系地探究了一种新的准全氟化合物晶体Li4OTe 的电子结构和热学性质。Li4OTe具有适当低的晶格热导率（300 K 时小于 1 W m-1K-1），这在其他以轻元素为主的资猜中非常稀有。O原子的引进经过软化光学声子导致了低kl，然后明显地增强了声子散射。本研讨进一步证明了在重掺杂 Li4OTe中el-ph 相互效果的影响，在 300-900 K 时，el-ph 相互效果将kl降低了 12.9%-29.4% 。虽然 Li4OTe 原子间存在比较大的质量不匹配，但在 300-900 K 时，p型 Li4OTe 中的kl值为 0.37-0.89 W m-1 K-1，与传统 TE 资料适当。结合Li4OTe的高塞贝克系数和2.05 mW m-1 K-2的优异PF值，p型Li4OTe有可能是在900 K时到达2.24的高ZT值。本研讨不只确认了 Li4OTe 是一种远景宽广的高温 TE 资料，还为探究以轻元素为主的准反萤石化合物中的环境友好型低成本 TE 拓荒了一条新途径。（文：SSC）