同济大学材料科学与工程学院裴艳中教授

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       裴艳中，2003年获得中南大学工学学士学位，2008年获中科院上海硅酸盐研究所工学博士学位。先后在美国加州理工学院及密西根州立大学从事博士后研究约 5年。2012年获国家“青年##”计划资助任同济大学材料科学与工程学院教授， 2014年获国家自然科学基金委“优秀青年”基金，2018年获霍英东青年教师基金。
       主要从事材料热和电输运性能研究，重点热电能源转换材料。2011年以来以第一、通讯作者在 IF>～10的 Nature、Joule、 Nat.Commun.、 PNAS、 Energy Environ. Sci.、Adv. (Funct., Energy) Mater.期刊上发表论文 30余篇，论文累计获 SCI引用 5000次，ESI高倍引用论文 12篇，ESI热门引用论文 1篇。领域第一人兼获国际热电学会 Goldsmid及 Young Investigator奖（该两奖项平均每年获奖人数<1）。

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同济大学裴艳中课题组丨立方相MnGeTe2——一种新型的热电材料

具有立方结构的IV族碲化物半导体(PbTe和SnTe)已经引领了热电领域的诸多革新。近年来， 非立方相化合物GeTe与MnTe也表现出很好的热电前景。

同济大学材料科学与工程学院裴艳中课题组在Science China Materials上发表文章，介绍了一种新型高效非立方相热电材料MnGeTe2。

图1 室温下MnGeTe2的结构

MnGeTe2是GeTe与MnTe的衍生化合物。本征态MnGeTe2因单质锗的析出而存在高浓度的阳离子空位， 载流子浓度高达~3.6×1021cm−3，远高于热电应用所需，通过Bi的掺杂可使得载流子显著降低(室温下MnGe0.9Bi0.1Te2载流子约为~9×1020cm−3)。

在这样大的载流子浓度范围内，一方面可以基于声学声子散射机制下的单抛物带模型，实现对载流子输运性质进行全面的评估; 另一方面还可以实现热电功率因子的优化。此外，由于材料中存在高度无序的阳离子和阳离子空位，可在测试温度范围内获得1.2 W m−1 K−1甚至更低的晶格热导率。

当载流子浓度达到优化值~9×1020 cm−3时，在850 K各向同性的立方相下可获得接近1.0的zT值以及高于200 HV的维氏硬度值，进一步证实MnGeTe2是一个很有前景的热电材料。

文献信息：

Binqiang Z, Wen L, Xiao W, et al. Promising cubic MnGeTe2 thermoelectrics[J]. SCIENCE CHINA Materials.

周斌强, 李文, 王晓, 李娟, 郑良涛, 高博, 张馨月, 裴艳中

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同济裴艳中JACS：缺陷提升GeTe合金热电性能

为提升热电材料中的载流子密度，大多数研究集中在不等价掺杂这一策略，除此之外，缺陷工程同样可以作为一种潜在的高效策略。X. Zhang等人以具有较小阳/阴离子比的Sb2Te3作为“溶质”，通过与GeTe形成固溶体来操控其中缺陷。形成固溶体过程中，3份Ge2+被2份Sb3+取代后会形成1份Ge空缺，这一过程同时促进了Ge沉积物在整体中的分散。所得到的具有高密度点缺陷的材料提升了声子散射能力并使得晶格热导率降低到了无序结构的极限值，从而大幅提升了热电性能。

Zhang X,Li J, Pei Y, et al. Vacancy Manipulation for Thermoelectric Enhancements in GeTe Alloys[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI:10.1021/jacs.8b09375

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b09375

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同济大学裴艳中教授与合作者安徽大学葛炳辉教授、香港大学陈粤教授、中国科学院上海硅酸盐研究所陈立东研究员一起研究发现，在材料中通过制造缺陷，引入上述”静态”的晶格应变，增强原子间力常数的扰动，引起声子谱更大的宽化，可实现晶格热导率的大幅降低。该研究思路在PbTe热电材料中得到了很好的验证，协同能带优化、电输运性能的提高，该材料的热电性能获得新突破。

该研究阐明了晶格缺陷散射声子的本质是缺陷诱导的声子色散频率宽化，而该宽化源自缺陷引入的额外晶格应变涨落，从而导致了原子间力常数的涨落。声子色散的频率宽化导致了声子寿命的大幅缩短，晶格热导率获得显著降低，有望为热功能材料（如热电材料）的研究和设计开发提供新思路。
参考文献：
XuY, Chen Z, Nan P, et al. Lattice strain advances thermoelectrics. Joule, 2019.
DOI:10.1016/j.joule.2019.02.008
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30088-1