科学探索|科学家们在热电材料的转换过程中发现了明显的原子行为科学家们在热电材料的转换过

热电设备通过从设备的冷热部分的温差中产生电压，将热能转化为电能。研究人员利用中子来研究硫化锡和硒化锡的单晶，以更好地了解转换过程是如何在原子尺度上发生的。他们测量了与温度有关的变化，测试发现，不同温度下的结构变化与原子振动（声子）的频率之间存在着强烈的联系，这种联系影响了材料的热传导方式。
该研究还确定了能量转换的理想温度，它还提供了基本的科学见解，可用于协助研究人员创造具有更好的热电性能的新材料。
【科学探索|科学家们在热电材料的转换过程中发现了明显的原子行为】
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热电材料是清洁能源技术的关键。研究人员利用中子散射发现了有关声子重整机制的细节。这是一个量子力学过程，解释了两种常见热电材料超低的热导率。这些发现可能有助于研究人员为更有效的热电设备创造材料。它也将有助于改善可再生能源转换技术。
热电技术将热能转化为电能，它们是可以减轻气候变化影响的清洁能源技术组合之一。热电的一个主要挑战是其相对较低的效率和有限的可用材料数量。为了设计更高效率的材料，科学家们需要从根本上了解实现超低热导率的机制。
为了解决这个长期存在的科学难题，杜克大学的研究人员采用中子散射实验，并辅以其他技术，来探测典型的热电材料，将硫（S）和硒（Se）结晶成二元体的SnS和SnSe 。
通过使用位于橡树岭国家实验室的能源部（DOE）用户设施 - 辐照中子源和高通量同位素反应堆的先进中子散射仪器，研究人员在150K到1050K的宽广温度范围内测量了结构变化和声子光谱，揭示了800K时的一个转变，即原子间距在一个方向上扩大，但在其他方向上收缩。
动态测量还提供了关于过渡期原子振动频率急剧下降的关键信息，这也是热传导减少的原因。这项工作还表明，观察到的声子行为可能存在于许多其他具有类似相变的材料中，如卤化物过氧化物、氧化物铁电体或接近不稳定的热电体，这大大拓宽了能源转换材料的可能性库。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-18121-4