他，归国2年评「优青」、7年获「杰青」，新发Nature子刊！同济大学唯一通讯单位！

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半个世纪以来，只有基于Bi2Te3的热电材料在发电和制冷等近室温应用领域实现了商业化。由于具有较强的层状结构，特别是用于n型传导的Bi2Te3必须经过纹理处理才能发挥其较高的面内热电性能，这给韧性带来了巨大挑战。

2024年8月3日，同济大学材料科学与工程学院裴艳中教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Ag2Se as a tougher alternative to n-type Bi2Te3 thermoelectrics”的研究论文，团队成员刘敏、张馨月为论文共同第一作者，裴艳中教授为论文通讯作者。

裴艳中，同济大学材料科学与工程学院教授，国家杰青（2021）、国家优青（2014）、青年千人（2012），专注于热电材料与器件研究；2003年本科毕业于中南大学；2008年博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所；2008-2012年于美国加州理工学院/密西根州立大学从事博士后研究；2012年加入同济大学材料科学与工程学院。

该研究工作介绍了基于n型Ag2Se与商业p-Bi2Te3配对的热电模块的制造和性能评估。Ag2Se在机械性能上允许更大数量级的断裂应变，在热电性能上确保了模块在室温±50 K范围内制冷和发电的效率与商用模块相当，从而证明了在实际应用中n型Bi2Te3的替代品更具有显著的韧性。

该研究工作的重点是相变温度以下的块状Ag2Se器件。采用一步热压工艺制备了在300-380 K范围内平均zT值为0.7的Ag2Se棒，从而使得使用镍和银作为电极的接触电阻率低至12 µΩ cm2。然后将这些电极结合棒与商用p-Bi2Te3支脚配对以制造模块（7对，12×12 mm），在ΔT=50 K时发电效率ηmax>1%，最大冷却温度ΔTmax>50 K。除了提供上述与商用Bi2Te3模块相比极具竞争力的器件性能外，Ag2Se在韧性方面具有明显优势，其断裂应变大了一个数量级。这为Ag2Se在近室温高效耐用的热电应用提供了巨大潜力。

图1. 制备和切片示意图

图2. 机械性能

图3. 发电性能

图4. 冷却性能

总之，在发电和冷却应用的材料和器件层面，块状Ag2Se都能确保显示出与商用n-Bi2Te3相当的近室温热电性能。一个多月的长期测量结果表明，作为Ag2Se的电极，Ni是比Ag更好的选择，可以确保良好的热稳定性。最重要的是，机械性能评估表明Ag2Se具有更优越的韧性，突出了其在解决近室温耐用和大规模热电应用的历史性挑战方面的巨大能力。

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