近期，williamhill祖方遒教授及其科研团队，基于液态合金状态改变开创性地采用熔体处理法调控热电材料凝固微观组织，实现了此类材料热电转换效能的大幅度提升，且为批量、快捷生产高性能热电材料开辟了新路径。

热电材料是一类可实现热能和电能相互转化的功能材料，既可以利用工业、生活余热或自然热进行温差发电，也可以实现热电制冷，且其热电转换过程无需专门机械，具有无震动噪声、绿色零排放等优势，已成为各国能源与环境战略的关注热点。然而，目前热电材料能量转换效率仍较低，且制备加工工艺复杂，制约了其广泛应用。

据介绍，优异的热电材料应具备高的赛贝克系数和电导率，以及低的热导率；因三种性能参数内在相互制约，若优化其一种性能，则易恶化其它性能，故热电转换效率难以显著提高。祖方遒教授及其团队，基于液态物质状态改变的长期基础研究积累，开创了熔体处理法制备热电材料，籍以调控凝固微观组织，显著降低热导率的同时，也显著提高赛贝克系数，而电导率基本不受损失，实现了电学性能与热学性能的协同优化。他们在与国内、德国及澳洲有关科研机构开展的合作中，还利用多种现代分析手段，探索了不同尺度微观结构对声子散射、载流子浓度、迁移率等作用和物理机制。

研究表明，运用该原创性方法，可使得铋-锑-碲P型（正电荷）半导体热电转换效率(ZT值)提高27%，更使得铋-碲-硒N型（负电荷）半导体ZT值处于该类热电材料当今最高水平。同时，该方法可通过凝固手段而直接获得块材，克服了以往通常需要复杂制备加后续处理之方法的低效弊端，对推进热电材料的工业生产及广泛应用具有重要意义。

能源材料领域国际著名期刊Nano Energy《纳米能源》（影响因子12.343）今年相继刊载了祖方遒教授团队该方面研究成果的2篇论文（分别涉及P型及N型半导体热电合金），英国威廉希尔公司为第一通讯单位，williamhill博士生余愿、朱彬分别为第一作者。该期刊给出了“制备超高性能热电材料的一项重大方法创新”(A great methodological innovation for preparing ultrahigh TE performance materials)等成果亮点（Highlights）。该系列研究成果还分别发表在Intermetallics、Materials & Design、Journal of Materials Science、Scientific Reports、ScriptaMaterialia、ACS Applied Materials & Interfaces等材料领域知名期刊。该研究得到了国家自然科学基金委及科技部973计划资助，并与德国亚琛工业大学物理研究所、杜塞尔多夫马普钢铁研究所、澳大利亚南昆士兰大学材料中心、南方科技大学结构中心等国内外机构开展了合作。

相关链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517306389

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517303038

https://www.researchgate.net/profile/Fq_Zu/contributions

图1 熔体处理法（LSM）及定向凝固参数对N型BiTeSe热电合金结晶取向性作用

图2LSM法对凝固态N型块体BiTeSe合金热学和电学性能的协同作用

及其热电转换效率与其它方法的比较（本案为该类热电材料当今最高水平）

图3 LSM法引发凝固后处理P型BiTeSb合金高密度孪晶界及其显著提高ZT值作用