报告题目：n型钙钛矿氧化物热电材料与器件

报告人：王洪超 教授 山东大学物理学院

报告时间：2023年12月16日（周六）上午10：00

报告地点：超硬材料国家重点实验室高压合成楼会议室

报告摘要：氧化物热电材料具有优异的高温热稳定性、高抗氧化性、环境友好及合成途径简单等优点。与p型氧化物材料性能相比，n型体系的热电性能较低。因此，急需发展与之相匹配的n型氧化物热电材料。本报告将从多元熵工程、孔径设计调控n型钛酸锶和锰酸钙的电热输运特性，在此基础上，设计和分析了新型锰酸钙热电模块及物性。通过热力学计算设计和合成熵驱动的多元掺杂的单相立方结构的Sr_0.9-xBa_xLa_0.1Ti_0.9Nb_0.1O_3-δ陶瓷。所有样品都维持了高对称的立方相，进而保持了较高的塞贝克系数。元素质量波动和局部无序散射的增强导致了晶格热导率显著降低。最终，Sr_0.7Ba_0.2La_0.1Ti_0.9Nb_0.1O_3-δ陶瓷在973 K时获得最高热电优值zT = 0.15。通过控制固相法和海绵浸渍法的工艺条件，成功制备了具有纳米、微米和亚毫米尺度孔隙的Ca_0.96Dy_0.02Yb_0.02MnO₃热电陶瓷，并制备了单臂热电发电模块。CaMnO₃材料最低的热导率（κL = 0.39 W/mK）、最高的热电优值（zT = 0.19）和模块的最佳的性能（pa = 104.94 mW/cm²，φ = 0.54 µW/cm²K²）分别对应于亚毫米、微米和纳米尺度的孔隙。在CaMnO₃材料的实验数据的基础上，研究了一种基于单臂结构和p-n结的U型单臂热电模块，分析了局部构造和几何尺寸对应力集中的影响。该结构有利于避免由热膨胀系数差异和大温度梯度导致的器件失效，消除了对热端电极的绝对需求。当温差为561K时，最大热应力和疲劳寿命分别是传统模块的46%和132%。总之，熵工程、孔径调控和U型设计等优化了钙钛矿氧化物材料的热电性能及热电模块的物性。

报告人简介：王洪超，教授、博导、齐鲁青年学者、国家重点研发计划政府间国际合作重点专项负责人，2011年于山东大学物理学院获得博士学位，2011-2015年于韩国延世大学从事博士后研究，2015年回到山东大学物理学院从事教学科研工作。2018.08-2020.07挂任京口区谏壁街道党工委副书记，2020.08-2021.09挂任山东大学学科建设与发展规划部副部长。研究兴趣为能源转换与储能材料的物理输运研究，主要开展热电能源转换材料物理和锂空气电池正极催化材料等的工作。截止目前已在PNAS、Adv. Energy Mater.等国内外重要学术期刊以第一作者和通讯作者发表相关论文60余篇、撰写专著一章节；授权中国、美国和韩国发明专利7项；主持科技部重点专项1项，国家自然科学基金4项；入选山东大学“齐鲁青年学者”和“青年学者未来计划”，获批山东省高等学校科学技术奖/二等，荣获山东大学“青年教学能手”称号。