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 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)晶體熱電材料雖然具有優(yōu)異的熱電性能，但是塑性和可加工性差。本文發(fā)現(xiàn)了迄今為止首個(gè)不僅具有優(yōu)異塑性變形性能，而且具有優(yōu)良電輸運(yùn)性能和熱電性能的無(wú)機(jī)非晶材料，同時(shí)該新材料尚具有巨大的性能優(yōu)化空間，對(duì)熱電材料、非晶材料乃至半導(dǎo)體材料領(lǐng)域都具有重要科學(xué)意義。

熱電材料由于能夠通過內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間的直接相互轉(zhuǎn)換，在溫差發(fā)電和熱電制冷方面具有實(shí)用價(jià)值，因而受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)晶體熱電材料（如Bi2Te3，GeTe和PbTe等）雖然具有優(yōu)異的熱電性能，但是由于晶體結(jié)構(gòu)中較強(qiáng)的離子鍵和/或共價(jià)鍵，通常表現(xiàn)出較差的機(jī)械性能，特別是塑性和可加工性差，在彎曲、拉伸和壓縮應(yīng)力下易于斷裂導(dǎo)致器件損壞，限制了熱電材料的實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)可穿戴式設(shè)備、微型芯片等的迅猛發(fā)展，迫切需要基于熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的自供電電池和微型制冷器件等，同時(shí)這也對(duì)熱電材料的機(jī)械性能提出了更高的要求。

上海大學(xué)材料學(xué)院駱軍教授對(duì)Ag2Te基熱電材料進(jìn)行了持續(xù)深入研究，最近指導(dǎo)碩士生何世洋、李永博發(fā)現(xiàn)了一種兼具優(yōu)異柔性和熱電性能的無(wú)機(jī)非晶熱電材料Ag2(Te,S)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances，上海大學(xué)為第一單位，上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生何世洋和李永博為共同第一作者，上海大學(xué)駱軍教授、南方科技大學(xué)張文清教授和美國(guó)麻省理工學(xué)院陳剛教授為共同通訊作者。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaaz8423

研究表明，Ag2(Te,S)基體為非晶，少量微晶均勻分散在非晶基體中。該材料不僅具有優(yōu)異的拉伸、壓縮和彎曲等塑性變形性能，而且具有優(yōu)良的電輸運(yùn)性能和熱電性能。Ag2(Te,S)優(yōu)異的形變性能和可加工性能主要來(lái)源于非晶剪切帶，而優(yōu)異的電輸運(yùn)性能則歸因于其超高的載流子遷移率。特別是該非晶材料展現(xiàn)出非同尋常的電性能，室溫載流子濃度高達(dá)8.6×1018cm-3，霍爾遷移率達(dá)到750cm2·V-1·s-1，功率因子高達(dá)5.7×10-4W·m-1·K-2，顯著優(yōu)于常規(guī)非晶材料。其中霍爾遷移率比已發(fā)現(xiàn)的非晶材料高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，功率因子至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

Ag2Te0.6S0.4的結(jié)構(gòu)與性能：（a）少量微晶均勻分散在非晶基體中；（b）彎曲性能；（c）載流子遷移率；（d）無(wú)量綱熱電優(yōu)值。

同時(shí)，由于該材料自身的結(jié)構(gòu)無(wú)序特征，導(dǎo)致極低的晶格熱導(dǎo)率，因而展現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能。該材料的室溫?zé)o量綱熱電優(yōu)值達(dá)到0.22，300oC時(shí)接近0.70。利用該材料制備的單臂面內(nèi)柔性器件在50K溫差下，輸出功率可達(dá)3.47×10-6W，輸出功率密度達(dá)2.9W·m-2，優(yōu)于絕大多數(shù)現(xiàn)有的柔性熱電器件。考慮到該新材料尚具有巨大的性能優(yōu)化空間，可望在柔性熱電器件、傳感器、甚至更多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。

Ag2(Te,S)是迄今為止發(fā)現(xiàn)的首個(gè)具有優(yōu)異柔性和熱電性能的無(wú)機(jī)非晶材料，該材料的發(fā)現(xiàn)在一定程度上突破了傳統(tǒng)窄帶隙半導(dǎo)體熱電材料的限制，拓展了無(wú)機(jī)熱電材料的多功能性和研究范疇，對(duì)熱電材料、非晶材料乃至半導(dǎo)體材料領(lǐng)域都具有重要科學(xué)意義。