综述：范德瓦尔斯层状Bi2Te3基材料中的缺陷工程

这篇综述系统阐述了通过缺陷工程调控范德瓦尔斯（vdW）层状Bi2Te3基材料性能的策略，详细分类了零维（0D）到三维（3D）缺陷的形成机制与表征技术，重点分析了各类缺陷对电导率（σ）、塞贝克系数（S）、热导率（κ）及机械性能的调控机制，为功能材料设计提供了重要理论指导。

　　

范德瓦尔斯层状Bi₂Te₃基材料因其独特的电、热、机械性能，在生物传感器、光催化剂和热电转换等领域展现出广阔应用前景。这类材料的性能调控核心在于缺陷工程——通过精确引入不同维度的缺陷来实现性能优化。

缺陷的分类与表征
缺陷可分为零维（0D）点缺陷、一维（1D）位错、二维（2D）面缺陷和三维（3D）体缺陷四大类。0D缺陷包括空位（如Te空位V_Te）、反位缺陷（如Bi占据Te位的Bi_Te）、间隙原子和置换掺杂原子，可通过高分辨扫描透射电镜（HRSTEM）和扫描隧道显微镜（STM）表征。1D缺陷主要为刃位错、螺位错和位错环，透射电镜（TEM）是主要表征手段。2D缺陷包含堆垛层错（SF）和晶界（GB），其中SF会将典型的五层结构（-Te-Bi-Te-Bi-Te-）转变为七层结构（-Te-Bi-Te-Bi-Te-Bi-Te-）。3D缺陷则包括孔隙和第二相析出物，可通过扫描电镜（SEM）和原子探针断层扫描（APT）分析。

电学性能调控
0D缺陷通过改变费米能级位置显著影响载流子浓度：V_Te和Te_Bi作为施主缺陷会提高电子浓度，而Bi_Te作为受主缺陷则降低载流子浓度。1D位错网络通过增强载流子散射降低迁移率（μ），但高密度位错可促进施主-受主湮灭而提高载流子浓度。2D缺陷中，SF会引入局域态密度，60°孪晶界（TB）则会在带隙中产生新能级。3D孔隙会降低电导率，而第二相析出物（如Te自析出物）可通过形成p-n异质结产生能量过滤效应，显著提升μ值。

热学性能优化
缺陷主要通过散射声子来降低晶格热导率（κ_lat）。0D缺陷对高频光学声子（ω>1 THz）散射效果显著；1D位错对中频声子（1-2 THz）更有效；2D缺陷中，小角度晶界（LAGB）比大角度晶界（HAGB）具有更低的热阻；3D孔隙因与基体的巨大密度差，可全频段散射声子，使κ_lat降低达36%。Ag异质析出形成的分级结构能协同散射宽频声子，实现κ_lat的显著降低。

机械性能改良
0D缺陷通过形成极性键提高硬度（H_V）；高密度1D位错网络可阻止原子滑移，使压缩强度提升100%；2D堆垛层错通过应力诱导结构重组显著增强材料柔韧性——含缺陷的Bi₂Te₃单晶可承受80%应变；3D硬质Ru析出物能使H_V从0.96 GPa提升至1.35 GPa，而孔隙则会降低机械强度。

该领域仍存在若干关键问题：掺杂诱导0D缺陷的定量调控机制、螺位错对性能的影响、堆垛层错密度与声子散射的构效关系，以及第二相/基体界面能带工程等亟待深入研究。这些突破将推动范德瓦尔斯材料在柔性电子、微型制冷等领域的应用革新。