近日🧫，國際頂級期刊《Nature Materials》（影響因子47.66）在線發表了題為“Extreme phonon anharmonicity underpins superionic diffusion and ultralow thermal conductivity in argyrodite Ag8SnSe6”的研究論文，該工作匯聚了世界各地17家科研機構🔫，耗時近5年合作完成🧏🏻♀️，其中包括上海交通大學、中國散裂中子源科學中心、同濟大學🥘、美國杜克大學、摩臣5娱乐🧜♀️🤙🏿、法國郎之萬研究所、日本原子能機構、澳大利亞臥龍崗大學、德國慕尼黑工業大學中子和正電子研究中心、印度巴巴原子能研究中心等。我校材料學院功能晶體團隊金敏教授/林思琪副教授參與了該研究，開發出一種迄今國際上最大尺寸的Ag8SnSe6單晶，為本工作提供了關鍵性基礎材料🥙。
熱電材料是一種可實現熱能與電能直接相互轉換的功能材料🧚🏽♂️，在溫差發電和固態製冷等方面有廣泛應用🥈。最近幾年🔦，人們發現一類新型Ag基硫銀鍺礦材料展現出可比擬甚至優於商業化Bi2Te3基材料的熱電性能而成為關註焦點𓀂。該材料體系的超低晶格熱導率是其具有優異熱電性能的關鍵因素之一，為弄清其機理🙎，高完整的單晶樣品將是實驗順利進行的重要保障🧏🏽。然而🌊🤞🏿，Ag基硫銀鍺礦材料極低的熱導率（與木頭相當）及具有超離子態的結構特征導致晶體生長極其困難🌲。我校功能晶體團隊立足自身優勢🙌🏽，開發了一種新型垂直布裏奇曼技術，針對晶體生長固液界面易凹陷，通過采取加大晶體邊緣熱量輻射功率、坩堝底部中心軸方向安裝導熱棒、坩堝底部邊緣加強保溫等措施對固液界面進行優化，使之向微凸或平界面靠攏，為高完整晶體生長創造了良好條件，成功製備出了具有代表性的大尺寸Ag8SnSe6單晶🧺。在此基礎上，利用同步加速器X射線、中子散射技術及機器學習分子動力學模擬等手段🙂↕️，系統研究了Ag8SnSe6的離子擴散與晶格動力學⇾，揭示出巨聲子非諧性是導致硫銀鍺礦基超離子化合物超低晶格熱導率的本征原因🫣。此外，該研究還提出了一種新的超離子相變微觀晶格動力學機製，為設計新型熱電材料與固態電解質提供了新的思路。
材料學院功能晶體團隊開發的新型垂直布裏奇曼技術及製備的大尺寸Ag8SnSe6晶體
該工作得到了國家自然科學基金和上海市教委“曙光計劃”等項目的支持。(供稿：材料學院）
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41563-023-01560-x
