哈工大研究成果為熱電制冷性能優化提供新思路

　　近日，哈工大材料學院隋解和教授、劉紫航教授和西安交通大學、中科院物理研究所組成的研究團隊首次利用超細晶和多孔結構的鎂銀銻（MgAgSb）基熱電材料制備了高性能熱電制冷器件，為熱電制冷性能優化提供了新思路。研究成果以《超細晶和納米多孔材料的高效熱電制冷性能》（Highly efficient thermoelectric cooling performance of ultrafine-grained and nanoporous materials）為題發表在《今日材料》（Materials Today）上。

　　A：燒結溫度對樣品組織結構的影響示意圖，B：超細晶和多孔結構對MgAgSb晶格熱導率的降低效果，C：超細晶和多孔結構MgAgSb與其他方式優化MgAgSb材料的熱電優值對比，D：制備的熱電制冷器件與目前最先進制冷器件的最大溫差對比，E：制備的熱電制冷器件與目前最先進制冷器件的最大COP對比。

　　固態熱電技術可以實現熱能與電能之間的直接相互轉換，在航天探測器以及微型電子器件精準控溫等方面具有廣泛的應用前景。在熱電材料研究領域，常通過構建納米尺度的晶粒或者多孔結構來有效降低材料晶格熱導率，從而提升材料的熱電性能。然而在實際應用中，具有納米尺度晶粒的材料在高溫環境服役過程中，面臨著晶粒長大乃至蠕變的問題，從而導致材料性能衰減乃至器件失效；而材料中的多孔結構也會影響載流子輸運，有可能導致材料電性能的下降。截至目前，這仍然是熱電領域極為重要的兩個科學問題。

　　制備的熱電制冷器件

　　研究團隊結合高能球磨合金化和熱壓燒結，在MgAgSb熱電材料中同時構建了超細納米晶（平均晶粒約為93nm）和多尺度納米孔洞兩種缺陷結構，獲得了接近MgAgSb材料非晶極限的晶格熱導率和超過目前所有MgAgSb基材料的熱電優值。與高性能的n型Mg3.2（Bi, Sb）2熱電材料組成的熱電器件的制冷性能超過了先前報道的非Bi2Te3熱電器件的性能。該研究創新性地將細晶結構和納米多孔結構應用到熱電制冷器件中，顯著提升了制冷性能并避免了材料性能的高溫衰減。

　　哈工大隋解和教授、劉紫航教授和西安交通大學武海軍教授為論文共同通訊作者，哈工大博士生謝亮軍和西安交通大學碩士生劉子雨、中科院物理研究所博士生楊佳煒為共同第一作者。哈工大博士生曲諾、董行嚴、朱建博、師文靜，碩士生吳昊，郭逢凱博士和蔡偉教授，西安交通大學碩士生彭古揚和張揚高級工程師，中科院物理研究所趙懷周研究員和朱航天副研究員參與了相關研究工作。

　　該研究獲得國家自然科學基金委重點項目和哈工大青年拔尖人才計劃項目的支持。