分级纳米结构热电材料：提升功率因子的挑战与机遇

由于能够对无数材料及其合金进行纳米结构化和合成，热电材料领域在过去几十年中经历了革命性转变。衡量热电材料性能的ZT优值在经过数十年的停滞之后已翻倍以上，在不同材料和温度下稳定达到大于2的数值。这一ZT提升的核心在于，由于声子在大量刻意引入的界面、边界、位错、点缺陷、相界等处发生散射，材料热导率急剧降低。在这些新一代纳米结构材料中，形成了不同尺寸与几何构型（原子、纳米和宏观尺度）的声子散射中心，能够散射具有全谱平均自由程的声子。除降低热导率外，如何利用类似的分级纳米结构来实现功率因子提升的想法正开始涌现。研究目标在于放宽电导率与Seebeck系数之间的不利相互依赖关系，从而实现功率因子提升。为此需要精巧的设计，例如利用底层纳米结构几何中的非均匀性、掺杂剂分布的非均匀性，或材料边界处形成的势垒。近期少数理论与实验报道表明，即便在同样提供超低导热率的几何结构中，也可实现极高的功率因子值。尽管在纳米结构实现所需控制方面可能出现实验复杂性，本研讨会旨在主要从理论上证明这是一条值得探索的极具前景的路径。