奇怪的化合物硒化锡可能是热电解决方案的关键

FAMU-FSU 工程学院和国家强磁场实验室的研究人员发现，当化合物硒化锡升温时，会发生原子级的结构变化，这种变化有助于其导电，但不能导热。

这项研究由国家科学基金会和能源部资助，提供的信息可能会导致汽车或核电站的制冷或废热回收等新技术的应用。该研究由《自然通讯》发表 。

“硒化锡是一种奇怪的化合物，”FAMU-FSU 工程学院化学和生物医学工程教授 Theo Siegrist 说。“它因其特殊的高温热电特性而引起了人们的广泛兴趣。优化这些特性可能会为未来的可持续发电和其他用途带来可行的选择。”

科学家们已经知道，硒化锡在高温下具有很高的热电系数，这意味着它可以通过温度梯度产生强大的电流。问题是为什么以及如何。

研究人员发现，随着化合物升温，锡和硒之间的键大部分保持不变，仍然由三个短键和几个长键连接。但化合物中的锡原子开始移动，从完全有序的晶格结构变成部分无序的结构。

“关于这种变化的最初想法是原子发生了位移，但我们发现实际上正在发生的是有序-无序相变，”西格里斯特说。“可以这么说，锡原子正在四处晃动。这就是硒化锡能够散射导热能量波的原因。”

好的热电材料需要具有较强的导电性，但导热性也尽可能低。在硒化锡中，这是通过锡原子在高温下的动态部分无序导致热导率降低来实现的。

Siegrist 与橡树岭国家实验室 (ORNL) 和田纳西大学诺克斯维尔分校的研究人员合作开展了这项工作。他们在橡树岭国家实验室使用一种称为散裂中子源的粒子加速器来测试这种材料。加速器将质子发射到目标上以产生中子爆发，使科学家能够分析该目标的晶体结构。

通过检查原子尺度上发生的事情，研究人员可以了解是什么驱动了工程师可能想要优化的某些特性。

“这是基础研究，我们对材料的机制和影响感兴趣，以使其在热电设备中发挥我们想要的作用，”西格里斯特说。“所有这些想法都可以通过提高能源转换设备的效率来改进它们。”

来自勃艮第-弗朗什-孔泰大学的 Simon AJ Kimber 与 ORNL 和田纳西大学的研究人员一起对本文做出了贡献。