利用石墨埋藏烧结技术，提升SrTiO3钙钛矿的热电性能和力学性能|srtio|材料|烧结|热电|石墨|钙钛矿

主要内容

在降低热导率的同时保持优异的电传输性能，对于提升SrTiO₃基钙钛矿的热电性能而言至关重要。武汉理工大学材料学科首席教授赵文俞及其团队，凭借精确操控构型熵的策略，成功实现了这一双重性能的优化。他们运用固相反应法，并结合石墨埋藏烧结技术，精心合成了一系列Ca₀.₂₅Nd₀.₂₅Sr₀.₅-xBaxTiO₃（x = 0, 0.05, 0.15, 0.25）陶瓷材料。研究揭示，A位竞争元素的引入诱发了结构缺陷的形成，这些缺陷不仅减缓了热传导过程中的扩散速度、有效抑制了晶粒的过度生长，还通过特定机制增加了氧空位的数量，进而促进了额外的气体传输通道的形成。随着构型熵的增大，载流子迁移率逐渐降低，导致电导率有所下降；然而，由于能带结构的调整和载流子散射的加剧，塞贝克系数得到了显著提升。

此外，材料中还存在多种缺陷包括：点缺陷、局部应变场、位错以及晶界等。这些缺陷有效地散射了声子，从而显著降低了晶格热导率，使其达到了1.73 W/(m·K)的优异水平。因此，在900 K的温度下，x = 0.15的样品展现出了0.15的ZT值峰值，与未改性的SrTiO₃基体材料相比，热电性能提升了高达148%。

值得注意的是，随着构型熵的增大材料的硬度也得到了显著增强。这主要归因于化学无序程度的加剧、晶粒的细化以及缺陷浓度的提高。本研究不仅彰显了精确操控构型熵在热电材料优化中的关键作用，并且为通过熵工程策略开发高性能热电材料提供了宝贵的见解和启示。