中國儲能網(wǎng)訊：熱電轉(zhuǎn)換技術作為一種清潔能源技術在國際上備受關注，有望為提高能源的利用率和緩解環(huán)境污染問題提供一種綜合協(xié)調(diào)的方案。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由無量綱的熱電優(yōu)值ZT(=S2σT/κ)來表征，其中S和σ是材料的Seebeck系數(shù)和電導率，S2σ稱為功率因子，T為絕對溫度，κ為熱導率，包括電子熱導率和晶格熱導率。獲得高熱電優(yōu)值可以通過提高Seebeck系數(shù)和電導率，降低熱導率來實現(xiàn)。
近年來，銅基類金剛石結(jié)構(gòu)化合物由于具有很低的晶格熱導率引起了熱電研究領域的關注。晶格熱導率由聲子熱容、聲子群速度和聲子壽命決定。Cu2GeSe3具有與Ge類似的四配位鍵合結(jié)構(gòu)，它們具有差不多的熱容，然而Cu2GeSe3的室溫熱導率僅有2.4W/mK。之前的實驗研究中，人們推測Cu2GeSe3中原子振動具有很強的非諧性，從而導致了如此低的熱導率。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所近期用第一性原理計算研究了Cu2GeSe3的晶格動力學和熱學性質(zhì)，計算得到的聲子譜、熱容和熱導率與實驗相符。他們還計算了Cu2GeSe3中表征原子振動非諧性的格林愛森常數(shù)，發(fā)現(xiàn)其比之前推測值低很多，他們認為強非諧性不足以解釋其低熱導率，進一步分析了其振動特性，發(fā)現(xiàn)決定熱導率的低頻振動主要來自于Cu和Se振動的貢獻，研究人員從成鍵特性出發(fā)探討了Cu2GeSe3低熱導率的來源，揭示了Cu-Se弱共價鍵導致其低熱導率的物理機理。相關結(jié)果發(fā)表于《歐洲物理快報》（EPL 109, 47004 (2015)）。
該研究工作得到了國家自然科學基金（11234012，11404348，11404350）、中國博士后基金（2014M561796）、浙江省博士后科研項目擇優(yōu)資助（BSH1402080）、寧波市自然科學基金（2014A610008）和寧波市科技創(chuàng)新團隊（2014B82004）的支持。
寧波材料所揭示Cu2GeSe3熱電材料的低熱導率機理
