近期，我院联合培养研究生张军祥以第一作者身份，潍坊学院第一单位在SCI一区Top期刊《Rare Metals》上连续发表两篇研究论文，分别为“Optimizing Thermoelectric Performance through Sb-Doping in Ge_0.8Mn_0.1Pb_0.1Te Alloys”和“Carrier and Phonon Engineering in Sb-Doped Sn_0.8Mn_0.1Pb_0.1Te: A Pathway to Superior Thermoelectric”，新型能源转化材料及器件研发创新团队的陈婷婷、敖冬威、孙兵等三位老师为两篇论文的共同通讯作者。

GeTe基合金因其优异的热电性能，在中温热电材料领域具有重要应用潜力。团队通过真空熔炼与热压烧结工艺，制备了Mn/Pb/Sb三元掺杂的GeTe合金，系统研究了Sb掺杂对其热电性能的调控机制。研究表明，Sb掺杂能够显著降低载流子浓度、提升塞贝克系数，同时诱导晶体结构发生菱方-立方相变，形成有利于电子迁移的能带结构。晶格缺陷工程（边缘位错、点缺陷及晶界协同作用）显著增强声子散射效应，使Ge_0.71Mn_0.1Pb_0.1Sb_0.09Te合金在323 K时晶格热导率低至0.84 W m⁻¹ K⁻¹。最终，优化后的Ge_0.74Mn_0.1Pb_0.1Sb_0.06Te合金在773 K时获得最高ZT值1.53，较未掺杂样品提升~35%。Sb梯度掺杂通过诱导电子-声子耦合的解耦行为，为高熵热电材料的多尺度缺陷工程设计提供了理论支撑。 另一方面，SnTe被认为是一种有望在热电应用中替代PbTe的材料。然而，其过高的载流子浓度和热导率限制了其热电性能。团队合成了p型Sn0.8-xMn0.1Pb0.1SbxTe材料，系统探究了Sb、Mn、Pb三元素的协同作用。在Mn掺杂促进能带收敛从而显著提升塞贝克系数，以及Pb掺杂增强功率因子并降低了总热导率的基础上，Sb的引入有效调控了载流子浓度，进一步提升塞贝克系数的同时使样品获得优异的电输运性能。此外，Sb掺杂在SnTe基体中引入了点缺陷、刃位错、晶界及纳米析出相，显著降低了晶格热导率。Sn0.71Mn0.1Pb0.1Sb0.09Te合金在323 K时晶格热导率降至1.06 W m−1 K−1，而电阻率的升高使得电子热导率下降，从而使样品总热导率显著下降。最终，Sn0.71Mn0.1Pb0.1Sb0.09Te样品的ZT值在773 K时达到1.27，较本征SnTe提升了272%。这一显著的性能提升充分证明：经过优化的多元掺杂策略可协同调控SnTe基材料的热电性能。此次研究成果，为GeTe和SnTe基热电材料的性能优化开辟了全新路径，为行业内多元掺杂策略与缺陷工程设计提供了极具价值的参考借鉴，兼具理论创新与实践意义。未来，团队将坚守科研初心，持续聚焦热电材料微观结构调控与宏观性能提升核心方向，开展更深层次、更具突破性的研究，全力推动材料基础研究向实际应用转化。

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图文：孙兵

编辑：贾洪博

编审：刘程爱