导读：当今，化石能源短缺和环境污」染问题凸显，能源的多元化⊙和高效多利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环←保型制冷技术热电转换☆技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电转换技术是利用材料的塞贝克效应与帕尔贴效应将热能〗和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。这种技术具有】系统体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广等特点。热电器件可以实现热能和电能的直接转换，在废热回收和固态制冷领域具有重要的研♀究价值，对热电发电器件的能量转换效率进行准确测量是评价热电材□料和器件性能的重要基础。
热电转换技术是一项基于半导体材料的新◢能源技术。基于材料的塞贝克效应和帕尔贴效应，该项技术能够实现温差发电和通电制★冷的效果，其分别在工业废★热回收利用和电子制冷领域有着重要的ㄨ应用。相比于传统能源转换技术，热电转换技术具有器件尺♂寸高度可控、可靠性高、无运动部件、无污染和无□ 噪音等优势。温差发电可应用于深空探测中的放射△性同位素温差发电电源，如“好奇号”火星∞探测器，“旅行者1号”行星探测器都通过使用放射性同位素热电发生器来发电。电子制冷具有无噪声∮、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻◣等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷量▂调节，常用于耗冷量小及空间狭窄的场合，如电子设备和无线电通信设备中重要元件的冷却，这对于未来通讯、物联网、5G芯☉片的微型电子器件等领域的准确温控具有重要意义∴。
热电材料性能指标的关键在于能源转换效率，其由材料的】无量纲热电性能优值（ZT值）决定。由ZT值的定义式（ZT = (Sσ/κ)T）可知，在¤给定温度T下，高性能热电材料应具有大的塞贝克系ぷ数S、高的电∩导率σ和低的热Ψ导率κ。然而，这些热电参数相互之间具有强烈的耦合关系，这使得热电材料的性能优化很有挑战性，调控这些强烈耦合的复杂热电参数是提高←材料ZT值和热电转换效率的关『键。随着热电材料领域的研究越来越受重视，不断涌现◥出了诸多提升ZT值的有效↘策略：优化载流子浓度以提高电导率；调整电子能带结构、晶体结构、相结构等优化电传输性能；通过引入点▓缺陷、位错、晶界、纳米沉淀物等进行多尺度分层架构设计以降低□热导率；探索和开发具有本征低热导率特█性的新材╲料体系；通过高通量及基于基因▓计算等预测潜在热电材料等。
南方科技大学何佳清团队◣将高熵稳定「的策略用于协同调控材料的电、热传输性能，并成功应用于n型硒化铅基热电材料，通过解耦电热传输机制实现了热〒电性能的大幅提升，相关成果发表在《Science》上[1]。
在近期的工作︻中，何佳清团队再进一步，将这一优化策略扩展应用到p型碲化锗基（GeTe）热电材料中。相关工作＠ 以《High figure-of-merit and power generation in high-entropy GeTe-based thermoelectrics》为题☆发表于《Science》上[2]。在由高熵稳定获得的超低晶格热∩导率基础上，通过调控电子∮局域化程度，避免了无序引入对电子传输的影响，从而使高熵碲化锗基材料的电性能得到了显著提升。这种电性能和热性能√的协同优化，很大程度提高了材料的热电优值，同时还实现了超高的器件转换效ζ率，有利于高熵稳定概念在高性能热电材料开发中的应用。
在碲化锗基材料中锗原子位置人】为地引入●多种原子，从而实现高熵策略。使用原位差分相衬扫∞描透射电子显微术（DPC-STEM）来表征材料中引入多种元素后带来的电子转移和重排，发现在纯的碲↘化锗材料中，锗和碲原子之间的电子存在很ω 强的耦合效应，而通过多元素固溶的高熵碲ぷ化锗能够稳定晶体结构，锗原子╳会从菱形的偏离中心位置向几何中心位置移动，从而实现不同原子之间耦合电场的解耦效应，在超低晶ξ格热导率的前提下优化了材料的电性能，从而提高了材料』的热电优值（zT）[3]。
图1. 碲化锗基热电材料（Ge0.61Ag0.11Sb0.13Pb0.12Bi0.01Te）的电导率（A）、塞贝克系♂数（B）、功率因子PF（C）、热导率（D）、晶格热导率（E）、热电优值zT（F）与温度（T）的关系
工作中分别使用Ge0.61Ag0.11Sb0.13Pb0.12Bi0.01Te以及其他商用材料制作了单及♀分段器件（TEG）并对其↙热电转换效率进行了测量，分别高达10.5%与13.3%。
图2. (A) Ge0.61Ag0.11Sb0.13Pb0.12Bi0.01Te的zT值与温度（T）的关系（以及与其他工作的▃比较）(B) 本工作中制成的多︾个器件的热电转换效◤率与温差（ΔT）的关系（以及与其他工作的比较）
本工作中材料▓的高温电输运性能（塞贝克系数S及电导率σ）使用日本Advance Riko公司生产々的塞贝克系数/电阻测量系☉统ZEM-3测得，发电器件的发电量及热电转换效率使用日本Advance Riko公司生产的热电㊣转换效率测量系统PEM-2测得。
日本Advance Riko公司已专业从事“热”相关技◣术和设备的研究开发近60年，并一直走在相关领域的前端，为各地的科学研究↘及生产活动提供了诸如红外加㊣ 热、热分析/热常数测量等系统。2018年初，Quantum Design 中国公司将日本Advance Riko公司的先进热电材料测试设备：小型热电转换效率测量▆系统Mini-PEM、塞贝克系数/电阻」测量系统ZEM、热※电转换效率测量系统PEM及大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM引进中国。
2018年7月，Quantum Design中国与日本Advance Riko达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商继续合作，携手将日△本Advance Riko先进的热电相关设备介绍到中国。
目前，所有中国用户购买的日本Advance Riko热电产品，均由Quantum Design中国公司的工程师团队负责安装及售后服务。同时，Quantum Design 中国公司在日本Advance Riko公司的协助下，在北京建立部分热电设备示范实验室和用户服务中心，更好的为中国热电技术的发展提供设备支持〓和技术服务。
参考文献：
[1] B. Jiang et al., High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance, Science 371, 830–834 (2021)
[2] B. Jiang et al., High figure-of-merit and power generation in high-entropy GeTe-based thermoelectrics, Science377, 208–213 (2022)
[3] 南科大何佳清团队在Science发表高熵热电材料研究论文，南︽方科技大学新闻网
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