近日，我院张雄博士在热电领域取得重要进展，研究成果发表在Acta Materialia上。Acta Materialia主要刊载关于材料科学的研究成果，涵盖金属、陶瓷、聚合物、复合材料等多个领域，是材料科学领域的国际权威期刊和中科院一区Top期刊。该研究成果得到了国家自然科学基金（52271202, 52125103, 52371212）、湖北省自然科学基金（2023AFB924）和中央高校基础研究基金（2024IAIS-ZX002）的资助，并受到光电转换材料与器件湖北省重点实验室平台和重庆大学分析测试中心支持。
基于半导体热电材料的热电技术在热电发电和主动制冷方面具有广泛的应用前景。如何大幅度优化p型Mg3Sb2基材料的热电性能是热电领域面临的重要难题。本研究采用能带工程与熵工程协同策略实现了p型Mg3Sb2基热电材料性能的大幅度提升。通过引入50%的YbZn2Sb2，实现了能带结构优化，有效降低了晶体场分裂能，同时提高了载流子浓度和迁移率，使功率因子得到显著增加。在此基础上，采用熵工程，利用Cd合金化调控构型熵值，使(Mg3.1Sb2)0.5(YbZn2-xCdxSb2)0.5样品的晶格热导率得到明显降低。进一步通过精准的Ag掺杂调控空穴浓度，在773 K下获得10.3 µW cm-1 K-2的高功率因子。最终，优化后的材料(Mg3.07Ag0.03Sb2)0.5(YbZn1.2Cd0.8Sb2)0.5 在773 K下获得1.34的高zT值，并在323 K-773 K范围内获得0.77的高平均zT值。该研究为高性能p型Mg3Sb2基热电材料设计提供了一种切实可行的性能优化策略。
研究成果将于2025年5月发表在Acta Materialia上，我校物理与电子科学学院张雄博士为论文第一作者，湖北师范大学为第一单位，重庆大学韩广教授和王国玉教授为通讯作者。
论文信息：Xiong Zhang, Haoling Luo, Xiaoliang Cao, Guang Han, Hong Wu, Yu Zhang, Bin Zhang, Guoyu Wang, Xiaoyuan Zhou, Achieving excellent thermoelectric performance in p-type Mg3Sb2-based Zintl materials via synergistic band engineering and entropy engineering, Acta Materialia, 2025, 289, 120933。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120933.