熱電材料可以將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換而無(wú)需運(yùn)動(dòng)部件，也不排放任何有毒或溫室氣體；它可利用廢熱發(fā)電也可用于固態(tài)制冷。但目前熱電材料的轉(zhuǎn)換效率(用無(wú)量綱優(yōu)值ZT表征)較低（≤1），難以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。因此如何提高其ZT值是目前熱電材料領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)和重點(diǎn)。

　　

　　β-Zn4Sb3是一種具有潛力的環(huán)境友好型高性能熱電材料。通過(guò)誘導(dǎo)電子態(tài)密度(DOS)共振畸變是一種有效提高熱電材料的熱電勢(shì)S并提升熱電優(yōu)值ZT的途徑。秦曉英領(lǐng)導(dǎo)的研究組及其合作者最近的實(shí)驗(yàn)研究表明，元素Gd摻雜引起β-Zn4Sb3費(fèi)米能級(jí)附近DOS的共振畸變，表現(xiàn)為DOS有效質(zhì)量的大幅增加；低溫比熱的測(cè)量證實(shí)了DOS共振畸變的發(fā)生；第一原理計(jì)算進(jìn)一步揭示出，β-Zn4Sb3價(jià)帶頂附近出現(xiàn)的態(tài)密度共振峰主要來(lái)自Gd原子中d軌道電子的貢獻(xiàn)。由于這種態(tài)密度共振畸變，使得β-(Zn1-xGdx)4Sb3 (x=0.002, 0.003)的熱電勢(shì)增加了~40μVK-1，同時(shí)Gd摻雜導(dǎo)致x=0.002樣品的熱導(dǎo)率降低了約15%，最終使得β-(Zn1-xGdx)4Sb3 (x=0.002)樣品的ZT值在655K達(dá)到了1.2，與未摻雜樣品(ZT=0.75)相比提高了60％。此結(jié)果表明，Gd摻雜是一種引起DOS共振畸變、并有效提升β-Zn4Sb3熱電性能的方法。此工作最近發(fā)表于J. Mater. Chemistry A (2015, 3, 11768)。

 

　　另外，BiSbTe是目前最好的室溫附近的熱電材料，也是唯一商業(yè)化應(yīng)用的室溫制冷熱電材料。但如何提高其在100-200oC附近的熱電性能以用于低級(jí)廢熱發(fā)電是極具挑戰(zhàn)性和經(jīng)濟(jì)效益的課題。秦曉英領(lǐng)導(dǎo)的研究組及其合作者最近的研究表明，在BiSbTe基體中復(fù)合1vol.% Cu3SbSe4 納米顆粒以形成納米復(fù)合材料。除了約50%的晶格熱導(dǎo)率降低外，由于異質(zhì)結(jié)界面勢(shì)的散射引起能量過(guò)濾效應(yīng)使熱電勢(shì)率升高以及高溫區(qū)遷移率降低的減緩，使得功率因子在476K時(shí)達(dá)到37mWcm-1K-2 ，而其ZT值達(dá)到1.6，它是目前報(bào)道的在該溫區(qū)的最大值。此外，該材料在300K至500K的寬廣溫度范圍內(nèi)都具有高ZT值(如在300K ZT=1.0而在500K ZT=1.5)，使得該材料在低級(jí)廢熱回收應(yīng)用上具有誘人的應(yīng)用前景。