中文摘要：

热电材料是一种能实现热能与电能相互转换的半导体材料，常用于制备微型电源或电子芯片制冷器件。如何提高现有材料体系的热电品质因子ZT值一直是研究的重点。常温区用的碲化铋基热电材料性质具有明显各向异性，控制晶体沿最佳晶面择优生长是进一步提高ZT值的关键；晶体中特殊晶界会影响材料载流子和声子的输运，而实现载流子和声子的协同调控，也是提升ZT的核心。本申请以普通碲化铋基热电材料为原料，探索低成本、易工业化的低维碲化铋基热电薄膜材料的可控制备方法，获得具有特定纳米结构及界面的热电薄膜材料。通过控制特定晶面的择优生长，调控和优化薄膜材料的界面势垒，达到对载流子和声子的协同调控，提升现有常规热电材料体系的性能达50%以上。系统研究材料组分、晶体择优生长面、晶界、界面、缺陷对材料宏观热电性能的影响，实现n型碲化铋基热电薄膜材料的ZT达到1.5以上，为研制和开发高ZT、低成本的热电薄膜材料提供新思路。

结论摘要：

控制晶体沿最佳晶面择优生长与特殊晶界是进一步提高ZT值的关键。针对大功率电子器件快速制冷与太阳能热发电的需求，利用有序微纳米结构实现对热的高效转化与传递调控，研究了“微观”材料晶面、晶界和“宏观”器件界面对声子输运的影响规律与调控原理，发展出高效热能转换与利用新技术，并实现应用。 ① “微观”材料晶面、晶界对声子输运调控的研究成功的制备了一系列具有不同纳米结构的热电纳米材料，发现了低维纳米结构形貌演变对材料热与电输运性能的调控规律，利用材料微结构创新调控了热在材料体系内的输运过程，实现了材料热电转换性能的突破，常温下n-碲化铋系热电材料热电品质因子ZT达1.54。 ②“宏观”器件界面对传热调控的研究发展了热电器件用跨尺度有序金属电极界面设计新技术，具有导电与强化传热复合功能，从异质界面的构筑与调控入手，发展了软硬衬底上电极与热电材料的兼容性加工方法，创造性的将微纳表面强化传热技术应用于热电薄膜器件的电极，通过调节薄膜的纳米结构及材料界面对传热与导电过程的控制，调控了界面的接触电阻与接触热阻，实现了器件热电转换性能的提升。研制出一系列高性能薄膜制冷器件，制冷功率密度达到180W/cm2。 ③ 热电器件功能实现与热利用的研究发展出用于航天器的主动热控新技术、基于环境热能发电的无源传感器和太阳能光热电复合发电系统，并实现重要应用。利用传热结构的优化，结合相变储能技术，从器件上实现了光热电一体化复合发电，无聚光条件下，太阳能发电效率达23%，表现出优异的热转换性能。主要成果如下 ①在Nano Energy、Energy、Energy Conversion Manage、Phys.Chem. Chem. Phys等著名期刊发表SCI论文32篇。申请中国发明专利3项，授权2项。培养博士生6人（已毕业），硕士生5人（已毕业）。 ②研制出3种高ZT值 n-型热电薄膜材料，最高ZT值达1.54. ③主办1次热电材料与器件研讨会。