東京工業大學物質理工學院材料系的研究生He Xinyi、該校科學技術創成研究院前緣材料研究所的片瀨貴義副教授和神谷利夫教授，以及該校元素戰略研究中心的細野秀雄榮譽教授等人組成的研究團隊，透過向硒化錫（SnSe）多晶中添加碲（Te）進行燒製的簡單工序，成功地將焦熱電轉化效率ZT提高了30倍。
圖1：高性能焦熱電材料應具備高電導率，高熱電動勢和低熱導率。（供圖：東京工業大學）
焦熱電轉換作爲一種將廢熱重新變成電能資源的技術而受到關注，其中硒化錫作爲高性能焦熱電轉換的候選材料備受期待，但爲了利用實用的多晶實施高性能，存在需要複雜的製造工序的問題。研究團隊發現，只需在SnSe多晶中添加Se2-和同價的Te2-製作出固溶體「Sn（Se、Te）」，即可同時實施高電導率和低熱導率。
研究團隊還透過量子計算明確了其中的機制，SnSe晶體的Se被大尺寸的Te置換後，形成鍵合力較弱的Sn-Te鍵，當Sn與Te的鍵斷裂，Sn被自然釋放，從而形成了承擔導電的電洞。研究人員由此發現，電導率提高了10倍，而且弱Sn-Te鍵可以抑制熱傳導，將熱導率降至三分之一。與SnSe相比，ZT最終增加了30倍。
這表明，透過在SnSe中添加Te，可以同時實施高電導率和低熱導率，而且能大幅提高ZT。
片瀨副教授表示：「材料的特性強烈依賴於構成元素和晶體的結構，添加其他元素可以大幅改變其特性，由此開發出優異材料的可能性是無限存在的。今後將充分利用最尖端的電腦模擬，以打破傳統常識的新思路設計材料，以實施更高性能的焦熱電材料。」
【詞注】
■焦熱電轉換：向導電金屬等導體和部分半導體施加熱能，透過形成溫差使其產生電壓，並從中提取電能的技術。
■固溶體：兩種以上不同化學成分的物質整體均勻混合，形成單相化合物的固體。
【論文資訊】
雜誌：Advanced Science
論文：Degenerated hole doping and ultra-low lattice thermal conductivity in polycrystalline SnSe by nonequilibrium isovalent Te substitution
DOI :10.1002/advs.202105958
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
