隨著環(huán)境污染問(wèn)題日益加劇以及全球能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)高效、清潔的能源利用技術(shù)已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。熱電材料能夠直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，具有綠色環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廢熱回收和固態(tài)制冷等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。衡量熱電材料性能的重要指標(biāo)為熱電優(yōu)值（ZT），其大小與材料的塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率密切相關(guān)。其中，降低晶格熱導(dǎo)率被認(rèn)為是提升熱電性能的重要途徑之一。
近期，煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院材料模擬與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)，在Zintl 化合物熱電性質(zhì)研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)基于第一性原理計(jì)算方法，結(jié)合自洽聲子理論與半經(jīng)典玻爾茲曼輸運(yùn)方程，對(duì)材料的聲子輸運(yùn)行為及其熱電性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，在 RbSnSb 中，Rb 原子的離域特性與 Sb 原子的 “rattling” 振動(dòng)協(xié)同作用，顯著增強(qiáng)了晶格非諧性，使材料的晶格熱導(dǎo)率降低至 1 W·m-1·K-1以下，并揭示了其超低熱導(dǎo)率的微觀(guān)物理機(jī)制。同時(shí)，多能谷電子結(jié)構(gòu)與自旋軌道耦合效應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化了電子輸運(yùn)性能，使材料在900 K 時(shí)獲得高達(dá) 4.89 的熱電優(yōu)值（ZT）。此外，相關(guān)Zintl 化合物KXAs（X= Sn, Ge）同樣表現(xiàn)出超低晶格熱導(dǎo)率和優(yōu)異的熱電性能，在800 K 時(shí)的熱電優(yōu)值分別達(dá)到 2.88 和 2.78，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。該研究不僅深化了對(duì)熱電材料聲子輸運(yùn)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為新一代高性能熱電材料的設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)，在工業(yè)廢熱回收與能源利用等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
相關(guān)研究成果分別以“First-principles investigation of synergistic rattling and delocalization effects on ultralow lattice thermal conductivity and thermoelectric performance in Zintl phase RbSnSb” 為題發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊 《Physical Review B》上，該期刊是自然指數(shù)（NatureIndex）收錄的82種期刊之一；以及以“Microscopic mechanism of low lattice thermal conductivity induced by strong anharmonic vibrations in thermoelectric Zintl compounds KXAs (X= Sn, Ge)” 為題發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Chinese Journal of Physics》上。兩篇論文的第一作者均為煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院2024級(jí)碩士研究生崔佳煒，戴振宏教授和趙銀昌教授為通訊作者，煙臺(tái)大學(xué)為第一完成單位。相關(guān)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的資助。
文章信息（1）：
文章作者：Jiawei Cui（崔佳煒），Yinchang Zhao（趙銀昌），Pengfei Sui（隋鵬飛），Jun Ni（倪軍）,andZhenhong Dai（戴振宏）
文章題目：First-principles investigation of synergistic rattling and delocalization effects on ultralow lattice thermal conductivity and thermoelectric performance in Zintl phase RbSnSb
文章DOI：https://doi.org/10.1103/3gd5-6c96
鏈接：https://journals.aps.org/prb/accepted/10.1103/3gd5-6c96
文章信息（2）：
文章作者：Jiawei Cui（崔佳煒），Yinchang Zhao（趙銀昌），Jun Ni（倪軍）,and Zhenhong Dai（戴振宏）
文章題目：Microscopic mechanism of low lattice thermal conductivity induced by strong anharmonic vibrations in thermoelectric Zintl compounds KXAs (X= Sn, Ge)
文章DOI：10.1016/j.ciph.2025.08.037
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ciph.2025.08.037
來(lái)稿時(shí)間：3月10日 審核：劉俞斌 責(zé)任編輯：劉運(yùn)正
