中科院上海硅酸鹽研究所科研人員與美國密歇根大學(xué)和西北大學(xué)研究人員合作，合成了一種既不同于尋常晶粒取向隨機(jī)的多晶材料、也不同于無晶界的單晶材料、具有高度取向性的馬賽克晶體熱電材料，從而實現(xiàn)了類似玻璃材料的極低熱導(dǎo)率和晶體材料的優(yōu)異電輸運(yùn)性能，其熱電優(yōu)值遠(yuǎn)高于普通多晶材料體系。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
除太陽能和風(fēng)能等綠色能源外，自然界和人類活動中還存在著能量巨大的耗散余廢熱未被有效回收利用。基于熱電轉(zhuǎn)換材料的新型清潔能源技術(shù)可將這些低品質(zhì)的熱能回收轉(zhuǎn)換成有用的電能，具有零排放、安全可靠和使用溫度范圍廣等顯著優(yōu)點(diǎn)。
具有馬賽克晶體微觀結(jié)構(gòu)的材料具有極其優(yōu)異的熱電性能。傳統(tǒng)馬賽克晶體的制備一般采用閃冷法，即將材料加熱至高溫，采用超快冷卻迫使結(jié)構(gòu)中的缺陷無法擴(kuò)散至材料表面。然而，熱電材料的熱導(dǎo)率一般很小，無法獲得足夠快的冷卻速度，因而具有馬賽克晶體微觀結(jié)構(gòu)的熱電材料的研究一直是個空白。
上海硅酸鹽所史迅、許鈁鈁、陳立東等研究發(fā)現(xiàn)，在Cu2S1-xTex固溶體中，利用S和Te兩種陰離子原子質(zhì)量和原子半徑的巨大失配，可以在塊體熱電材料中實現(xiàn)馬賽克晶體微觀結(jié)構(gòu)，并得到了非常反常的完全固溶體化合物。Cu2S1-xTex固溶化合物室溫為單相材料，具有高對稱性的六方晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷973K高溫后，馬賽克晶體結(jié)構(gòu)的特征依然保留，比其他材料體系表現(xiàn)出明顯的競爭力。
