Cu1.8S基合金的热电性能和电稳定性增强:熵工程和Cu空位工程(英文)

作者：周炜; 李和章^*; 单帜航; 张瑞; 卢士阔; 裴俊^*; 葛振华; 周敏; 王愿兵; 张波萍^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(05): 2051-2060.

无污染、低成本和高性能Cu1.8S基类液态热电材料受到关注.但是,其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升.本研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu1.8S和MnxCu1.8S0.5Se0.5(0.01≤x≤0.06)块体热电材料.随着Se和Mn的引入,体系由低熵Cu1.8S (0.4R*)转变为中熵MnxCu1.8S0.5Se0.5(1.2R*).构型熵的增加不仅提高了体系的结构对称性,MnxCu1.8S0.5Se0.5室温下呈立方相结构,还增大了Mn的固溶度.高浓度Mn固溶有效填补了过高的本征Cu空位,降低了载流子浓度,优化了能带结构,提升了电输运性能.熵工程一方面增大了Cu离子迁移势垒,抑制Cu离子迁移.750 K下,即使电流密度达到24 A cm-2,Mn0.03Cu1.8S0.5Se0.5的电阻也几乎没有变化,显示出优异的电稳定性;同时可降低声速,软化晶格,降低晶格热导率.Mn0.06Cu1.8S0.5Se0.5的块体样品在773 K时获得最大ZT值0.79,相较于初始样品提高了两倍.结果表明熵工程结合Cu空位工程是提升Cu1.8S基热电材料性能的有效策略.