登上3篇Nature，4篇Science的明星材料，向应用进发！

全球65%以上的能源都以废热的形式损耗掉了。热电发电机是一种以半导体为基础的电子设备，它可以通过塞贝克效应将废热转化为电能。这种转换过程无需移动部件，因此可以回收和利用大量废热来发电，这是一种环保的解决方案。热电转换效率是衡量其热电材料性能的重要参数，由无量纲的优值（ZT值）决定，ZT = (S²σ/k_tot)T，其中S、σ、k_tot、T代表塞贝克系数、导电性、导热性和温度，T为绝对温度，k_tot为电(k_ele)和晶格振动贡献(k_lat)引起的总热导率。

在过去的十年中，通过发展各种提高功率因子(S²σ)或抑制k_lat的策略，ZT值得到了显著改善。然而，在最先进的热电系统中，最令人惊讶和最有前途的是硒化锡(SnSe)作为顶级热电材料的发现。

据不完全统计，SnSe至少已经登上3篇Nature，4篇Science，子刊更是数不胜数。

登上3篇Nature，4篇Science的明星材料，向应用进发！

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为什么这种材料得到了这么大的关注呢？

这种材料结合了两个非常理想的属性:

（1）高效的固有超低热导率；

（2）非常有利的电子能带结构。

多个能带有助于电荷传输，从而有助于超高的功率因数。固有的强各向异性和非简谐晶体化学导致本质上的极低k_lat约为0.20 W m^-1 K^-1。结果表明，其p型原始晶体在913 K时沿b轴的ZT为2.6，而掺Br的n型晶体在773 K时沿a轴的ZT为2.8。

然而，这些异常高的热电性能仅在单晶SnSe样品中可以观察到，而多晶的热电性能要差得多。事实上，许多研究小组已经在多晶SnSe样品中观察到比单晶样品高得多的热导k_lat值，预期存在额外的来自晶界(GBs)的声子散射机制。因此，多晶SnSe材料的ZT值大大低于单晶材料。这导致了关于SnSe的超低k_lat作为一种固有特性以及单晶SnSe的特殊ZT值能否在多晶SnSe样品中获得的争论。

事实上，考虑到单晶SnSe样品的高成本、较差的机械脆性和高劈裂性，多晶样品才具有实现大规模生产和商业应用的机会。但是，在多晶SnSe样品中实现可比甚至更高的热电性能是一个巨大的挑战。

首尔国立大学In Chung和美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis研究小组之前发现多晶SnSe样品中这种明显较高的k_lat归因于SnSe粉末表面锡氧化物(SnO_x)的存在（Joule，上图）。SnO₂的k_lat大约是SnSe的140倍。

当覆盖SnO_x薄膜的SnSe粉体被压实成致密球团时，晶界存在的高导热SnO_x为热传输提供了自然的渗流途径。在这种情况下，热导率大大提高，这与普遍预期的多晶样品由于广泛的GB声子散射而比单晶样品的热导率要低的看法相反。多晶性能差的原因是SnSe粉末表面覆盖的SnO_x增加了热导率，降低了电导率，从而降低了ZT。