近日，自然指數(shù)期刊《Nano Letters》（JCR一區(qū)Top，影響因子9.6）在線刊出題為“Multi-scale microstructures and carrier-phonon decoupling in BiCuSeO-CDs composites”（鉍銅硒氧-碳點(diǎn)復(fù)合材料中的多尺度微結(jié)構(gòu)及載流子與聲子解耦）的論文，我校機(jī)械工程學(xué)院教師雷鷹為通訊作者（我校為第一通訊單位），第一作者為雷鷹教授指導(dǎo)的博士生。

圖1  BCPCSO-CDs復(fù)合材料中κ_e（電子熱導(dǎo)率）（a）、κ（總熱導(dǎo)率）（b）、κ_lat（晶格熱導(dǎo)率）（c）及μ_w/κ_lat（加權(quán)遷移率/晶格熱導(dǎo)率比）（d）的溫度依賴性；基于不同聲子散射機(jī)制的Debye-Callaway模型計(jì)算_κlat_與實(shí)驗(yàn)值的對比分析（e）；BCPCSO-CDs復(fù)合材料的多尺度結(jié)構(gòu)及聲子輸運(yùn)機(jī)制示意圖（f）

由于載流子-聲子耦合效應(yīng)的存在，鉍銅硒氧等大多數(shù)熱電材料通常采取犧牲載流子遷移率和熱學(xué)性能的策略來提升電學(xué)性能。針對這一瓶頸，創(chuàng)新性地引入碳點(diǎn)作為納米相，成功制備了Bi_0.88Ca_0.06Pb_0.06CuSeO-CDs復(fù)合材料，在實(shí)現(xiàn)多尺度結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)有效削弱了載流子-聲子耦合。碳點(diǎn)的引入顯著提升了電學(xué)性能（PF_max =883.99 μW·m?1·K?2），并通過多尺度缺陷對不同頻率聲子的強(qiáng)散射作用，將晶格熱導(dǎo)率大幅降低至0.14 W·m?1·K?1。BCPCSO-0.15 wt% CDs復(fù)合材料在873 K時(shí)獲得創(chuàng)紀(jì)錄的ZT值1.82，較BCPCSO基體提升61.97%，平均ZT值達(dá)到1.11。該研究為增強(qiáng)BiCuSeO體系熱電材料性能提供了新思路。

圖2 BCPCSO-CDs復(fù)合材料的ZT值（熱電優(yōu)值）（a）；本研究與其他文獻(xiàn)中不同優(yōu)化策略的BiCuSeO基材料平均ZT值對比（b）

雷鷹，男，博士，教授，博導(dǎo)，主要從事銅基復(fù)合材料、熱電材料、微波冶金、粉末冶金、碳點(diǎn)制備與應(yīng)用等研究。先后完成各類科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文90余篇，授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)，累計(jì)培養(yǎng)碩博士生20余人。

（論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5c01160 ）