近日，材料學(xué)院王同敏與康慧君教授團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)材料領(lǐng)域高水平學(xué)術(shù)期刊《Materials Horizons》在線發(fā)表了“Emerging Homogeneous Superlattices in CaTiO3Bulk Thermoelectric Materials”研究論文，并評(píng)選為“Back Cover”封面文章。

熱電材料根據(jù)自身的載流子輸運(yùn)特性能夠直接將熱能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，并且具有無(wú)噪聲、無(wú)移動(dòng)部件、體積小和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。目前熱電材料廣泛應(yīng)用于熱電偶測(cè)溫相關(guān)領(lǐng)域，并在深空探測(cè)、便攜式冰箱、恒溫水浴槽、工業(yè)廢熱和汽車尾氣廢熱回收等領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用。其中，由于其良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境友好、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，氧化物鈣鈦礦材料被認(rèn)為是非常有潛力的熱電材料。CaTiO3作為鈣鈦礦的代表，因其介電、生物相容性、光催化以及儲(chǔ)能密度特性，已廣泛應(yīng)用于高頻陶瓷電容器、醫(yī)藥、降解有機(jī)物以及移動(dòng)通信系統(tǒng)微波頻率設(shè)備等方面。然而，由于其導(dǎo)電性差，CaTiO3作為熱電材料一直尚未被關(guān)注。為解決這一問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)利用高溫高真空微壓燒結(jié)技術(shù)，在純CaTiO3中制備出大量氧空位，氧空位為CaTiO3提供了熱電相互轉(zhuǎn)換的必要條件-載流子，實(shí)現(xiàn)了在CaTiO3材料熱電性能的從無(wú)到有。在此基礎(chǔ)之上，利用稀土元素La摻雜改性，使CaTiO3基熱電材料的ZT實(shí)現(xiàn)大幅增加，相關(guān)工作發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊（Chemical Engineering Journal, 2022, 428: 131121.）。

本研究是上述研究結(jié)果的進(jìn)一步延伸和發(fā)展。CaTiO3材料的較高熱導(dǎo)率是制約熱電性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵，王同敏和康慧君教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了一種新的設(shè)計(jì)思想，通過(guò)可變價(jià)Ce元素?fù)诫s并結(jié)合微壓燒結(jié)方法獲得了由CeδCa1-δTiO3和CaTi1-δCeδO3交替層組成的均質(zhì)超晶格，并在交替層之間提供了量子阱界面。由于界面處的聲子散射和熱邊界電阻，超晶格的熱導(dǎo)率比基體顯著降低，獲得了CaTiO3體系中最高的ZT值0.405（1031 K）。與分子外延技術(shù)、磁控濺射、激光沉積等方法相比，采用常規(guī)熱壓燒結(jié)方法在鈣鈦礦氧化物熱電材料制備出大量的超晶格結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)成本，該策略有望為熱電材料中超晶格制備提供重要的理論依據(jù)。

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金屬凝固與電磁調(diào)控團(tuán)隊(duì)康慧君教授、曹志強(qiáng)教授與王同敏教授為該論文的共同通訊作者，課題組博士生李建波為該論文的第一作者。上述研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金和遼寧省興遼英才計(jì)劃和大連市科技計(jì)劃的資助。