热电材料是一种可直接将热能转化为电能的新能源材料。提高块体热电材料性能ZT的重要方向之一是引入10纳米量级约束结构以实现电、声输运特性独立可调。本项目开发了熔体旋甩-放电等离子体烧结、相分离沉淀析出、塑性变形诱导动态再结晶和高温高压合成等非平衡态制备新技术,在金属碲化物、金属硅化物和方钴矿等典型热电材料中实现了包含10纳米量级约束结构的纳米复合热电材料的可控制备。研究了非平衡态制备过程中微观组织结构形成演变规律与特征。研究结果证明,当微区特征尺寸降低到10纳米量级时,热电材料微观组织的纳米化和复合化不仅可显著降低材料热导率,而且还可同时优化载流子输运特性。本项目在多个材料体系中获得了达到或接近目前国际最高水平的ZT值,如碲化铋的1.5、TAGS的1.7和Mg2Si基的1.0。本项目发表标注基金资助SCI论文100余篇,国际学术会议邀请报告7次,2位博士生人获国际学术奖,已形成重要的国际学术影响。项目研究结果证实了本项目申请书中提出的通过非平衡态制备技术创新、构建10纳米尺度约束结构、协调优化电声输运、实现块体热电材料性能突破的设想,为发展高性能块体热电材料提出了可行的解决方案。
英文主题词Thermoelectric materials; Nanostructure; Nanocomposites; Non-equilibrium preparation; Electron-phonon transport engineering