日前，昆明理工大学金属先进凝固成形及装备技术国家地方联合工程研究中心葛振华教授团队在硫属热电材料的热电性能优化方面取得重要系列研究进展，相关研究发表在材料科学领域双一区期刊AdvancedFunctional Materials, Science China Materials, Journal of Materials Science & Technology上，昆明理工大学均为唯一通讯单位。

进展一：在Bi-Se-S热电材料体系中以双层扭转和晶体-非晶第二相策略大幅提升了热电性能。相关研究以High ZT ＞ 1.4 Realized in Bi2Se2S via Amorphous-Crystalline Coexistence Structure of Secondary phase and Bilayer Rotation为题发表在功能材料领域顶级期刊Advanced Functional Materials上。葛振华教授、冯晶教授为通讯作者，博士研究生黄坤为第一作者，蒋业华教授对该工作提供重要指导和帮助。

图1(a)非晶-晶共存结构和双层旋转示意图。(b)参考文献中报告的Bi2S3基热电材料的ZT 和几种代表性n型热电材料的ZT值与本研究中提供的数据的比较。

层状热电材料Bi2Se2S是一种有潜力的热电材料，但其电导率仍有待提高，研究通过TeCl4掺杂，构建非晶–晶体共存次相与层间双层旋转结构，实现了电-热输运的协同优化：在773K取得峰值ZT=1.44，423-773 K区间平均ZT=0.78，为该体系目前文献报道的最高值。在Bi2Se2S中引入TeCl4会诱导局域相分离，形成非晶Te-Se-S相，与有序晶体基体共存。低倍TEM显示FIB减薄样品中心存在柱状区域，判定为TeSeS次相，并证实为非晶。对比度差异与成分分布共同证明：TeCl4掺杂促进非晶次相（Te-Se-S）生成。同时HRTEM/GPA/SAED揭示TeCl4诱导双层扭转（≈6°）形成莫尔超晶格，周期L≈1.72 nm，有效散射中高频声子，使κl降至0.27 W·m−1·K−1，并且电导率维持在162 S·cm−1。且首次完成基于该材料的单腿n型热电模块演示，在ΔT=300 K下达到2.3%的能量转换效率。该结构调制在块体热电材料中行之有效，既能显著降低晶格热导率，又能保持较高功率因子，从而整体提升热电性能。本研究为提升铋硫硒热电性能提供了新的途径，值得在其他体系中推广。

进展二：通过中间体掺杂改变了析出物的尺寸和数量，在硫化铜热电材料中实现了高热电性能。相关研究以Realizing high thermoelectric performance in copper sulfide via intermediate doping为题发表在国产高水平期刊SCIENCE CHINA Materials（双一区）上，葛振华教授、冯晶教授为通讯作者，博士研究生杨添驭为第一作者。

图2 为提高Cu1.8S的热电性能而设计的中间体掺杂策略。（a、b）分别为元素掺杂和中间体掺杂过程的示意图。（c、d）分别为本研究与其它典型热电系统的平均和峰值ZT值的对比。

硫化铜（Cu2-xS）由于其低成本、环境友好性和优异的热电性能，成为一种很有前途的热电材料。然而，在优化电导率和热导率之间的平衡是一个关键的挑战。该工作系统地研究了一种中间体掺杂方法，通过策略性地引入铜合金（青铜、黄铜、白铜）来优化Cu1.8S的热电性能。该策略实现了部分铜源置换，解决了Cu1.8S中Cu空位过多的问题。综合表征表明，与传统的直接掺杂元素相比，中间体掺杂Zn、Sn、Pb、Ni元素获得了更为优异的热电性能。此外，这种改善来自于双重协同机制，增加的溶解度极限有利于优化载流子浓度，原位形成的纳米级第二相能有效地散射声子。最终，Cu1.8S + 5 wt.% 青铜 + 3 wt.% 白铜 + 2 wt.% 黄铜样品在673K时达到了显著的ZT值1.7，比原始Cu1.8S提高了247%，超过了之前报道的Cu1.8S体系的ZT值。该研究建立了中间体掺杂优化热电性能的新范例，为其余合金热电材料体系提供了新的视角。

研究三：通过引入Ag-Ga-Se化合物，调控SnSe晶界处的Ag2Se析出物,实现了SnSe热电性能的大幅提升，相关工作以Boosting thermoelectric performance of polycrystalline SnSe by controlled in-situ Ag2Se precipitates in grain boundaries为题发表在高水平国产期刊Journal of Materials Science & Technology（双一区）上，葛振华教授为通讯作者，杨星博士为第一作者。

图3 （a）SnSe基体中载流子和声子输运示意图，（b）引入Ag8GeSe6后，SnSe样品带隙值的变化，（c）SnSe + x wt% Ag8GeSe6 （x = 0，0.25，0.75，1.0）块体样品的ZT值随温度的变化，（d）SnSe + 0.5 wt% Ag8GeSe6样品的平均硬度。

硒化锡因其具有本征的低热导率，被认为是一种极具应用前景的热电材料。并且，单晶SnSe材料已经取得了比较优异的热电性能和热电转换效率，但是其制备工艺复杂，力学性能差严重限制了商业价值。因此，研究并提升多晶硒化锡材料的热电是十分迫切的。基于硒化锡材料本身低电导率的问题，为了改善其电输运性能，亟需提升其电导率以优化材料的热电优值。因此，该论文在SnSe基体中引入银钒矿化合物Ag8GeSe6，提升材料的热电性能并研究其优化机理。Ag8GeSe6的掺杂不仅通过Ag⁺取代Sn²⁺提高了载流子浓度，还通过形成原位Ag₂Se晶界沉淀，实现了电子吸引中心和声子散射中心的协同作用。这种双重调控策略有效解耦了电-热输运性能，使材料在823 K时达到1.7的高ZT值，平均ZT值提升至0.57（323–773 K）。同时，材料的力学性能（硬度0.96 GPa，杨氏模量22.48 GPa）也得到显著改善，为其实际应用奠定了基础。未来研究可进一步优化Ag₂Se沉淀的尺寸与分布机制，并探索其在热电器件中的实际应用；同时拓展其他银基化合物掺杂策略，推动材料在深空能源、废热回收等领域的产业化进程。

（AFM论文链接：https:// doi/10.1002/adfm.202518982 ）

（SCM论文链接：https://doi.org/10.1007/s40843-025-3423-6 ）

（JMST论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.08.009 ）

上述研究得到国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、云南省杰出青年基金、云南省应用基础研究计划重点项目的资助。

（供稿：材料学院）