战略空位工程助力 AgCu (Te, Se, S) 热电材料性能飞跃，开拓柔性电子新未来

为解决柔性热电装置（F-TEDs）中材料需兼具高热电性能与柔韧性的问题，研究人员开展了 AgCu (Te, Se, S) 合金相关研究。结果表明，通过空位工程优化的 (AgCu)0.998Te0.8Se0.1S0.1合金展现出优异性能，这为 F-TEDs 应用提供了新方向。

　　在能源领域，随着传统化石燃料的日益枯竭，环境问题愈发严峻，开发可再生能源技术变得极为迫切。热电系统因其能实现无污染、无噪声且无需移动部件的直接可逆能量转换，在过去几十年里备受关注。衡量热电材料性能的重要指标是无量纲优值（ZT），ZT 值越高，材料的热电性能越好。

与此同时，柔性电子的快速发展，对柔性热电装置（F-TEDs）的需求急剧增加。这类装置需要在常温下具备高热电性能和良好的柔韧性，以便从不规则热源稳定高效地吸热发电，或在不平整表面实现制冷。然而，目前的 F-TEDs 面临诸多挑战。主流的无机薄膜热电材料虽热电性能较好，但脆性大；有机热电材料柔韧性好，可 ZT 值却比无机材料低几个数量级，即便制成有机 / 无机复合材料，性能提升也有限。

为了突破这些困境，澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员开展了一项关于 AgCu (Te, Se, S) 合金的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：一是通过熔化 - 退火 - 淬火 - 烧结法合成样品，并利用火花等离子烧结（SPS）技术对样品进行处理；二是运用 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等多种微观结构表征技术，分析材料的晶体结构、相组成和微观形貌；三是借助商业 ZEM - 3 系统、激光闪光热分析仪（LFA 467）等设备测量材料的热电性能参数。

研究结果如下：

1. AgCu (Te, Se, S) 合金的高热电性能和优异塑性：研究人员通过多步优化过程，向 AgCuTe 中依次引入 Se 和 S，并进行空位工程。Se 的引入减少了二次相 α - Ag₂Te 的含量，S 的加入进一步调整了载流子浓度，空位工程则协同优化了热传输和电传输性能。(AgCu)_0.998Te_0.8Se_0.1S_0.1合金在 300K 时 ZT 值达到～0.62，343K 时达到～0.83，是 p 型韧性 AgCu (Se, S, Te) 合金中的最高记录。同时，该合金展现出良好的柔韧性，在三点弯曲试验中工程应变可达～10%。
2. AgCu (Te, Se, S) 合金的结构表征：XRD 分析表明，Se 的掺杂抑制了二次相的形成，S 的加入使二次相完全溶解，且随着 Ag/Cu 空位浓度增加，晶格发生收缩。SEM 和 TEM 表征发现，材料中存在多种晶格缺陷，如点缺陷、晶界、相界和纳米级析出相，这些缺陷共同构成了声子散射源，降低了晶格热导率（κ₁）。
3. (AgCu)_{1 - x}Te_0.8Se_0.1S_0.1合金的热电性能：研究发现，引入 Ag/Cu 空位可优化载流子浓度，提高电导率（σ），但也会使迁移率（μ）略有下降。(AgCu)_0.998Te_0.8Se_0.1S_0.1合金在 343K 时具有较低的 κ₁（约 0.26W m^-1 K^-1），其 ZT 值达到～0.83，且在反复弯曲下热电性能稳定。
4. 基于 (AgCu)_{1 - x}Te_0.8Se_0.1S_0.1合金的原型柔性热电模块：研究人员以 (AgCu)_0.998Te_0.8Se_0.1S_0.1为 p 型腿，商业 Bi₂Te₃为 n 型腿，制备了柔性面内 F - TED。该装置在 25K 温差下功率密度可达 126μW cm^-2，展现出在可穿戴电子领域的巨大应用潜力。

研究结论和讨论部分指出，通过精准的空位工程，优化了 (AgCu)_0.998Te_0.8Se_0.1S_0.1合金的电子和热传输性能，使其在保持高柔韧性的同时实现了高热电性能。这种材料制备的 F - TEDs 在可穿戴电子领域具有重要应用前景，但材料与电极之间的界面电阻限制了其性能进一步提升。未来研究可聚焦于降低界面电阻，以充分发挥该材料在柔性电子领域的优势，推动热电技术在可穿戴设备等领域的广泛应用。