近日，北航天目山实验室的赵立东教授团队在《Science》上发表了题为“The Development and Impact of Tin Selenide on Thermoelectrics”的研究成果，系统探讨了硒化锡（SnSe）在热电材料领域的重大进展。本文将深入分析该研究的关键发现，并展望未来热电材料的发展潜力。
北航天目山实验室为论文第一完成单位，实验室博士后秦炳超为论文第一作者，赵立东教授和美国艺术与科学院院士、美国Northwestern大学Mercouri G. Kanatzidis教授为论文共同通讯作者。
电传输和热传输是材料基本物理特性的重要决定因素。不同组合的电传输与热传输提供了多样化的材料应用前景，如图1所示。高导电、热绝缘的热电材料能够通过塞贝克效应和帕尔帖效应实现温差发电和电子制冷。在当前能源战略需求的背景下，热电技术以其高可靠性、无噪音、结构灵活和环境友好等优势，在废热回收、5G通信和激光制冷等关键领域具有广阔的应用前景。
论文首先阐述了开发SnSe高效热电性能的研究思路。在21世纪初，SnSe并未被视为潜在的热电材料，主要因为其较宽的能带间隙（~0.86 eV）使得高载流子浓度难以实现。直到2014年，研究者通过制备高质量的SnSe晶体，发现其承温能力从多晶的723 K提升至923 K，重新审视了这一材料。图2展示了一系列高性能热电材料的发展，其中SnSe作为典型代表，经过10余年的持续努力，其宽温域热电性能稳步提升。
论文讨论了SnSe热电材料的重要进展和优化策略，包括调控费米能级、三维电荷-二维声子传输特性和多能带交互作用等。在这些讨论中，论文还论述了如何将这些策略用于其他热电体系，推动更普适的低热导材料的研发。
研究强调，开发高效热电转换器件是推动应用的关键。随着材料制备工艺和处理手段的不断进步，基于SnSe材料的一维纤维织物和二维柔性热电器件的研究也取得了重要进展，如图3所示。
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本文系统阐述了开发SnSe类高效热电材料的研究思路和关键策略，并展望了热电科学与其他技术的结合，可能为未来的材料科学和可再生能源技术提供变革性的发展机遇。值得注意的是，SnSe在热电之外的许多领域也展现了良好的应用潜力，如图4所示，主要包括光电探测、太阳能电池、光催化等。
最后，论文强调未来的研究应关注器件设计与应用探索，提升材料性能与稳定性。结合中科精研的产品开发，期待未来在热电技术的商业化与应用方面实现更多创新与突破。
