《Angew》:室温下具有超低晶格热导率的材料!

论文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014222
本论文重新研究了最近发现的三元硒化铜钛Cu4TiSe4。与以前的报告相反,Cu4TiSe4使中心对称空间群P4̅3m(cP9)结晶,并采用Cu3VSe4结构(cP8)类型,在(0 0 0)处有一个额外的Cu位,并且在室温X射线衍射实验中没有观察到超晶格的迹象,而在室温结构显示铜位置的位置无序,这与以前的报告有所不同。Cu4TiSe4显示出大约1.50 eV的高光学带隙,该化合物在室温下显示出令人惊讶的高电阻率,即约102。另外,在室温下发现总热导率(kT)低至。这项主要结果是由于具有低截止频率的强光声耦合和牢固结合的Ti-Se共价键构架与由Cu +阳离子(本征响尾声)组成的弱结合离子亚结构互锁从而使热导率与玻璃相似来实现的。

图.1 晶格参数为a = 5.6458Å的立方晶胞的倒数空间视图(hk0)。单个晶格清晰可见(黑色)而且没有任何上部结构反射。

图2.Cu4TiSe4的晶胞在晶胞中心放置Ti部位。Ti和Se原子分别由蓝色和红色球形表示。显示了围绕Cu3(0,0,0)的四个折叠的铜位(Cu2)。Cu1,Cu2和Cu3分别以橙色,浅绿色和深绿色表示。

图3光学带隙测量的Tauc图。其中(a)Cu4TiSe4的直接带隙和(b)间接带隙

图4(左)导热系数与温度的关系图;(右)在温度范围(4K至310K)内纯Cu4TiSe4相样品的电阻率与温度的关系图。

图5。室温下具有超低热导率的材料的摘要

图6Cp / T vs 图

图7(a)电子能带扩散和原子投射(有色)/状态的总密度(黑色)示意图,(b)由无序Cu4TiSe4结构生成的超级电池(2x2x1)的声子能带扩散示意图

图8. (a)带有原始单元的有序Cu4TiSe4(Cu(1a和3c棕色),Se(4ered)和Ti(1b-蓝色)原子)的电子能带结构示意图。(b)Phonon能带结构(左图)和部分密度有序Cu4TiSe4的状态(右面板)。对称的唯一铜原子Cu-1a和Cu-3c的状态的预计密度(中图),(c)声群速度(υ),(d)格鲁尼森参数(γ)作为频率(ω)的函数绘制,以及(e)使用Debye Callaway形式计算的晶格热导率的结果。

结语

Cu4TiSe4由于其无毒和由低成本的富含地球的元素制造,因此在热涂层材料和太阳能电池吸收器领域都可能具有重要意义。像声子玻璃电子晶体一样,具有超低kL值的Cu4TiSe4也可以为发现高效热电材料方向开辟道路。即使是具有较高电阻率和较大带隙的化合物(尤其是硫族化物)也应重新研究,只要它们的结构提供带有轻键合阳离子的亚晶格。(文:SSC)
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