利用理论计算来预测新材料性质的进展，发现了一类新的半赫斯勒热电化合物，其中一种化合物的值达到了历史最高水平。休斯顿大学德克萨斯超导中心(TcSUH)主任、物理学家任志峰(音译)说：它在任何温度下都保持着很高的优点，因此它在未来的应用中可能会很重要，任志峰是该研究的通讯作者，其研究论文发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。热电材料作为一种潜在的“清洁”能源吸引了越来越多研究团体的兴趣。这种能源是将发电厂或其他工业过程产生的余热转化为电能而产生。虽然大多数材料无法满足广泛商业应用的所有要求，但已经发现了一些有希望的材料。
博科园-科学科普：研究人员表示发现了由钽、铁和锑组成的半赫斯勒化合物，其结果“对热电发电很有希望”。测量了一种化合物的转换效率为11.4%，这意味着这种材料每吸收100瓦的热量，就会产生11.4瓦的电能。理论计算表明效率可以达到14%。他指出，许多热电设备将有实际应用的转换效率为10%。总的来说，研究人员预测了六种以前没有报道过的化合物，并成功合成了一种，这种化合物在不使用昂贵元素的情况下具有高性能。6种未被证实的化合物，其中5种具有半赫斯勒晶体结构，在这项研究中发现的化合物之一，p型tafesb基半赫斯勒，表现出非常有前途的热电性能。
热力学稳定性计算：V1- v2族(V1 = V, Nb, Ta;VIII = Fe, Ru, Os;和V2 = As, Sb, Bi)的半赫斯勒化合物。a v1 - ii - as, b v1 - ii - sb, c v1 - ii - bi。图片：Nature Communications(2019). DOI: 10.1038/s41467-018-08223-5
这项工作还涉及到休斯敦大学的其他研究人员，密苏里大学，麻省理工学院，中国科学院北京凝聚态物理国家实验室，中国重庆西南大学，德国德累斯顿金属材料研究所，中国电子科技大学和上海大学。依靠理论计算来预测有望具有高热电性能的化合物，使研究人员得以对最有前途的化合物进行研究。由钽、铁和锑组成的材料的创造，被证明是复杂的，部分原因是这些成分具有如此不同物理性质。例如钽的熔点在3000摄氏度以上，而锑的熔点是630摄氏度。钽是硬的，锑是相对软，这使得电弧熔融（一种常见的材料结合方法）更加困难。他们能够通过球磨和热压的结合来制造这种化合物。
研究人员表示，一旦这种化合物形成，它既能提供所需的物理性能，也能提供确保结构完整性的力学性能。所使用的元素都相对容易获得，而且价格便宜，这使得这种化合物具有成本效益。除了化合物本身的性质，研究结果为进一步依赖计算方法指导实验工作提供了强有力的支持。需要注意的是，对一种化合物进行仔细的实验合成和评估是昂贵的，而大多数理论计算，尤其是在高通量模式下应用时，相对来说是便宜的。因此，在进行细致的实验研究之前，用更复杂的理论研究来预测化合物可能是有益的。
博科园-科学科普｜研究/来自: 休斯顿大学
参考期刊文献:《Nature Communications》
DOI: 10.1038/s41467-018-08223-5
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