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                材料學院耿慧遠研究組在熱電材料熱傳導機制方面研究取得重要突破
                發布人:亓均雷  發布時間:2017-06-16   瀏覽次數:731

                614日,哈工大材料學院耿慧遠副教授帶領的研究團隊在國際物理學頂級期刊《物理評論快報》(《Physical Review Letters》)上在線發表了題為“填充率波動導致籠式方鈷礦的玻璃樣超低熱導率”(Filling-Fraction Fluctuation Leading to Glasslike Ultralow Thermal Conductivity in Caged Skutterudites)的研究成果。該研究被選為當期封面文章。這是我校研究生首次作為第一作者在該期刊上發表論文。該研究成果為提升熱電材料的熱電性能提供了一個有效而通用的機制。

                籠式化合物具有許多優異的物理特性以及用途,比如熱電、超導和拓撲絕緣體等。其中,籠式方鈷礦作為一種“聲子玻璃 電子晶體”材料,具有極其優異的熱電性能,在航天深空探測、太陽熱能發電、工業廢熱和汽車尾氣廢熱回收等領域有著巨大的應用潛力。但是,其晶格熱導率距離無序化極限還很遠,這說明籠式方鈷礦的熱電性能仍有很大的提升空間。

                該成果基于第一性原理計算和試驗研究第一次發現并直接觀察到籠式方鈷礦中填充原子分布的不均勻性,即填充率波動現象。該成果發現擾動效應和納米化均只對低頻聲子形成有效散射,籠式方鈷礦缺乏有效的中高頻聲子散射機制。而填充率波動導致晶格中產生了不同尺度的應變場。定量的聲子輸運計算表明,該應變場對中高頻聲子形成了有效的散射。通過利用填充率波動,將籠式方鈷礦的晶格熱導率降低到了無序化極限。這一機制的發現和利用,為釋放籠式化合物的“聲子玻璃 電子晶體”潛力提供了理論基礎和試驗基礎,將極大的刺激籠式化合物熱電材料的發展。

                哈工大材料學院耿慧遠副教授和張麗霞教授為文章的共同通訊作者,其中耿慧遠副教授負責了該項目理論模型以及試驗設計的主要部分,張麗霞教授負責了本文的微觀結構表征分析部分,2016級博士生任偉為第一作者。該課題是在哈工大百人計劃、先進焊接與連接國家重點實驗室經費支持下完成。

                論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.245901


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