我國學者在MgAgSb基熱電器件研究方面取得進展

圖（a, b）高熱穩定性熱電器件的原子級界面設計，（c）全鎂基器件在不同溫差下的轉換效率與現有器件的對比，（d）全鎂基熱電模塊的熱循環可靠性評估

　　在國家自然科學基金項目（批準號：U23A20685、52174343、51902333）等資助下，東華大學江莞教授團隊與合作者在熱電材料領域取得新進展。相關研究成果以“原子級界面增強提升鎂基熱電器件的效率與耐久性（Atomic-scale interface strengthening unlocks efficient and durable Mg-based thermoelectric devices）”為題，于2025年3月17日發表在《自然?材料》（Nature Materials）雜志，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02167-0。

　　在鋼鐵、化工等行業中，約60%的能量以廢熱形式流失，回收廢熱對提高能效和應對氣候變化至關重要。熱電技術通過將廢熱直接轉化為電能，提供了一種有效的解決方案。然而，要大規模應用熱電技術，關鍵在于提高熱電器件的轉化效率。盡管近年來研究人員在熱電材料性能提升方面取得了一定進展，但器件中電極與熱電材料之間界面反應、元素擴散以及接觸電阻增加等導致的界面退化問題，嚴重影響了熱電器件的長期穩定性。因此，開發一種既能增強界面結合力又能減少電阻和界面反應的接觸層，對熱電設備的長期穩定運行至關重要。

　　本研究提出原子級界面強化策略，通過調控界面化學結合和擴散行為，成功制備出高效穩定的全鎂基熱電器件。針對熱電材料阻擋層篩選問題，研究團隊創新性地開發了一種高通量阻擋層篩選方法，顯著提升了阻擋層材料篩選效率。該方法采用多界面同步構筑技術，在單次燒結過程中實現多個異質界面形成和電阻并行測試，大幅提高了實驗效率。研究發現，金屬鈷作為阻擋層材料表現出卓越的界面特性，不僅具備極低的接觸電阻率（老化前后穩定<5 μΩ·cm2），且長期服役后無明顯元素擴散現象，并結合分子動力學模擬驗證了原子級界面的優勢。實驗表明，采用原子級界面設計的器件在高溫端373 K~573 K溫度范圍內運行600次完整熱循環（累計1440小時），轉換效率依然保持穩定，遠超傳統界面設計的器件。

　　該研究突破了傳統熱電界面易失效的瓶頸，為高性能、長壽命鎂基熱電器件的開發提供了全新思路，有望推動新型熱電材料與器件的產業應用。