近日，我校物理與光電工程學(xué)院鄭壯豪研究員課題組在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《NatureCommunications》發(fā)表了題為"Flexible power generators by Ag₂Se thin films with record-high thermoelectric performance "的研究成果，該工作利用Te引起的微應(yīng)變和摻雜效應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)高擇優(yōu)生長取向Ag₂Se柔性薄膜可控生長的同時(shí)，引入點(diǎn)缺陷、界面缺陷等多類型缺陷，最終大幅度的提高了薄膜的熱電性能；并進(jìn)一步利用有機(jī)材料涂覆策略，提高了材料的機(jī)械性能。該研究提出了一種全新的柔性熱電薄膜聲電輸運(yùn)性能及機(jī)械性能調(diào)控的新策略和新機(jī)制。深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院鄭壯豪研究員為論文通訊作者，楊東博士為該論文的第一作者，深圳大學(xué)為第一通訊單位。

N型硒化銀（Ag₂Se）在低溫下具有穩(wěn)定的正交晶體結(jié)構(gòu)，是典型的窄帶隙半導(dǎo)體，其在近室溫下具有高電導(dǎo)率σ和低熱導(dǎo)率κ，同時(shí)該材料體系環(huán)境友好，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用，是近年來熱電領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。但現(xiàn)有方法制備出Ag₂Se基熱電材料仍存在熱電性能低、力學(xué)穩(wěn)定性差、加工工藝復(fù)雜等問題，在微納結(jié)構(gòu)控制與精準(zhǔn)摻雜調(diào)控方面仍是一大挑戰(zhàn)。

針對該難題，我院鄭壯豪研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律，利用Te的摻雜引起的微應(yīng)變和Se原子位置的替位摻雜降低Ag₂Se（00l）平面的自由能，實(shí)現(xiàn)高擇優(yōu)生長取向Ag₂Se柔性薄膜可控生長，從而調(diào)控載流子輸運(yùn)實(shí)現(xiàn)高S²σ；并利用Te摻雜所引入Te_Se點(diǎn)缺陷、界面缺陷等多類型缺陷的作用，強(qiáng)化了聲子散射，顯著降低了薄膜熱導(dǎo)率，最終大幅度的提高了薄膜的熱電性能（ZT值~1.27，363 K）；隨后利用有機(jī)材料涂覆進(jìn)一步優(yōu)化了材料的機(jī)械性能（在6.3mm彎曲半徑下1000次彎曲測試后ΔR/R₀<2.5%）。在20K的溫差條件下，利用所制備的N型Ag₂Se薄膜和P型Sb₂Te₃組裝的柔性熱電器件的輸出功率密度可達(dá)1.5 mWcm^-2。該研究工作對于高質(zhì)量柔性熱電薄膜材料及器件的研發(fā)提供了一種極有效的全新策略和技術(shù)途徑。

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45092-7

（來源 物理與光電工程學(xué)院）