研究背景
热电材料可以实现热能和电能之间的直接相互转换，在工业废热、汽车尾气余热等低品质环境废热的回收利用领域展现出无可替代的优势，具有广阔的应用前景。近年来随着新材料、新理论和新工艺的不断开发和优化，热电材料的性能也显著提高。由于其优异的物理、化学性质，以石墨烯、过渡金属硫族化合物等为代表的层状二维材料在热电领域受到了广泛关注。
本文亮点
内容简介
近年来，大量的理论预测表明，包括石墨烯、过渡金属硫族化合物、第四主族硫族化合物、黑磷、MXene等在内的二维材料具有非常优异的热电性能，实验也证实这些材料具有较大的应用潜力。近日，深圳大学张晗教授等人发表综述，详细总结了二维材料在热电领域的研究进展。对基于二维材料的块体、薄膜热电材料的应用进行了阐述，探讨了二维材料作为填充剂在无机和有机热电材料中的性能优化机制和应用进展，讨论了二维材料本征热电性能的研究方法，探讨了基于二维材料的光-热电效应的光电探测器的研究进展。文章最后对二维材料在热电领域的一些潜在问题和发展思路进行了总结。
图文导读
I 二维热电材料的理论进展
主要介绍了二维材料热电性能的理论模拟进展。包括石墨烯、过渡金属硫族化合物、第四主族硫族化合物、黑磷以及MXene的理论研究进展。
II 基于二维热电材料的实验进展
2.1 基于二维材料的块体热电材料
二维材料的宏量制备一直是限制二维材料应用的重要原因之一。最近，随着纳米技术的快速发展，基于水热法、溶胶凝胶法、电化学等方法可以实现二维材料二点大量制备，这也为基于二维材料的块体热电材料的研究提供了实验基础。图1所示是利用溶液法制备的SnSe纳米片的形貌。基于这种低维纳米材料烧结的块体热电材料，晶粒尺寸小，存在大量的纳米尺度的晶界，可以有效散射声子，进而有效优化材料的热电性能。
2.3 基于二维材料的复合热电材料
二维材料除了可以直接用于制备块体或者薄膜热电材料，还可以作为复合材料改善基体的热电性能。二维材料作为第二相填充剂，均匀分散在基体材料中，或者富集在晶界处（图3）。二维材料作为第二相，在材料中能够有效散射声子或载流子（图3），从而在一定程度上实现电导率、赛贝克系数和热导率的解耦合，进而优化材料的ZT值。
III 单层或少层热电材料性能研究
图4 两种典型测试材料热电性能的微纳器件的SEM形貌。
图5 (a)器件制备流程示意图；(b)器件SEM形貌；(c)(SnSe)n(TiSe2)n的STEM形貌；(d)(SnSe)n(TiSe2)n的热电性能随n变化。
IV 二维材料的光-热电效应
图6 基于石墨烯的光热电效应的光探测器以及光功率和输出电压的关系。
作者简介
深圳大学
▍主要研究成果
深圳大学光电工程学院，特聘教授，博导。中组部青年千人、国家“优青”、基金委重点项目负责人、深圳市创新团队负责人、深圳市青年科技奖获得者（2017年）、全球高被引科学家、美国光学学会会士等。在Naturephotonics、Nature communications、Physical Report、Chemical Society Reviews、Advanced materials、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Advanced Functional materials、Laser & Photonics Review等知名期刊上发表论文350余篇，论文被引用超过26000次（google学术搜索），H因子为82。
▍Email: hzhang@szu.edu.cn
深圳大学
▍主要研究成果
文献链接：
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40820-020-0374-x
文章来源： 纳微快报 nanomicroletters
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