北京航空航天大学/太原科技大学Science: 扩展SnSe的Cmcm相温区以实现高热电性能
- 2026-06-09 20:33:08
北京航空航天大学/太原科技大学Science: 扩展SnSe的Cmcm相温区以实现高热电性能2025年12月18日，Science在线发表了北京航空航天大学赵立东教授、常诚教授、太原科技大学白培康教授和宿力中教授课题组的研究论文，题目为《Extending the temperature range of the Cmcm phase of SnSe for high thermoelectric performance》，论文的第一作者为Tian Gao、Yi Wen、Shulin Bai和Lizhong Su。 
图1 通过增强二维声子和三维电荷输运在Cmcm SnSe晶体中实现宽温度范围的高热电性能 
图2 在673至923 K下沿面外方向SnSe0.95Cl0.05和Sn0.77Pb0.23Se0.95Cl1.05的电输运性质和能带结构 
图3 提升的载流子迁移率 
图4 热输运性质、无量纲优值ZT和转换效率
【论文链接】 Gao, T., Wen, Y., Bai, S. et al. Extending the temperature range of the Cmcm phase of SnSe for high thermoelectric performance. Science, 2025, 390, 1266-1271. https://doi.org/10.1126/science.adt0831 投稿日期：2025年08月23日 接收日期：2025年10月29日
中科院化学所狄重安/北京航空航天大学赵立东团队Nature: 具有高热电优值的多异质结塑料 第8篇！北京航空航天大学赵立东/秦炳超团队Science: 晶格平坦化促进高效SnSe晶体热电
硒化锡（SnSe）是一种低对称性层状半导体，具有本征低晶格热导率（κlat），在约793 K时会发生从Pnma空间群到更高对称性Cmcm空间群的相变。未掺杂的SnSe晶体属于p型热电材料，在300至923 K温区内平均热电优值ZT（ZTave）约0.9。通过优化后，低温Pnma相SnSe晶体因其热致晶格对称性增强可实现载流子迁移率μH与态密度有效质量md*的协同优化，从而展现出优异的热电性能。
在此研究中，作者通过铅合金化诱导的晶格对称性增强，强化了岩盐状n型Cmcm相SnSe晶体中的二维声子输运与三维电荷输运。研究证明，晶格对称性提升直接降低了形变势，从而在载流子浓度显著增加的同时促进了高温Cmcm相中的载流子迁移率提升。同时，高晶格对称性诱导了Cmcm相的能带调控，提高了态密度有效质量。这些特性促进了三维电荷输运，使n型Cmcm相SnSe晶体获得了创纪录的高功率因子。
此外，铅合金化引起的键软化通过平均声速与Grüneisen参数的协同优化降低了晶格热导率，从而增强了二维声子散射。最终，在n型SnSe晶体中实现了673至923 K温区内约3.0的卓越平均无量纲热电优值，在约572 K温差下获得了约19.1%的峰值转换效率。这些结果证明了Cmcm相SnSe晶体在实现优异热电性能方面的潜力。
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