Cs?AgBiBr?的低温热性质

《Materials Research Bulletin》：Low temperature thermal properties of Cs 2AgBiBr 6

Cs?AgBiBr?材料制备及低温热学性质研究表明其具有低德拜温度（80 K）和爱因斯坦温度（21 K），源于低频软声子模式，导致材料低热导率。

　　

Wilarachchige D.C.B. Gunatilleke|Thomas Doert|George S. Nolas

美国佛罗里达州坦帕市南佛罗里达大学物理系，邮编33620

摘要

理解材料的热性质对于任何基础研究都是不可或缺的，同时对技术应用也具有重要意义。此外，对低热导率材料的研究仍然具有根本性的重要性。在这项工作中，经过广泛的研究以防止致密化过程中形成杂质相后，制备出了纯相致密的Cs₂AgBiBr₆多晶材料。这使得我们能够研究Cs₂AgBiBr₆在低温下的热性质，发现其德拜温度为80 K，爱因斯坦温度为21 K，这与低频软模式有关，从而导致其热导率较低。这项工作增强了关于无机钙钛矿的研究，并阐明了这些材料在低温下的热性质，有助于进一步的研究。

引言

无机钙钛矿目前因其在太阳能电池和辐射探测等领域的潜在应用而受到广泛关注[[1], [2], [3], [4], [5]]。这是因为某些组成的钙钛矿具有良好的能量分辨率、高效率、高灵敏度，并且可以合成单晶形式，从而保证材料的均匀性和一致性[[6], [7], [8]]。因此，钙钛矿材料代表了材料发展的新方向，并被认为是一种满足这些需求的潜在选择。最近，人们也开始研究其作为热电材料的潜力[9,10]。此外，这种结构类型还存在多种不同的组成，包括四元钙钛矿以及无机-有机杂化物，这些不同的组成赋予了该材料系统不同的物理性质[11,12]。因此，这种材料系统的可调性直接与其特定的结构和化学特性相关。在所有这些组成和潜在应用中，了解热性质都至关重要。

特定材料的结构和化学性质会影响其热性质，例如原子间键的非谐性，这是材料固有的特性，不会因组成、结晶度或晶粒尺寸的变化而改变[[13], [14], [15]]。然而，外在因素如合金化、多晶材料晶粒尺寸的减小或杂质的存在也会影响材料的热导率[16,17]。对这些机制的研究有助于进一步理解它们的热性质及其背后的物理机制。

四元钙钛矿Cs₂AgBiBr₆由于其出色的性能而在无铅钙钛矿研究中处于领先地位[18,19]。目前大多数研究都集中在立方相上。然而，Cs₂AgBiBr₆在低温下会发生相变，转变为四方相，但由于在相变温度以下测量材料内在性质的挑战，这一转变相对较少被研究。尽管已经有很多关于Cs₂AgBiBr₆立方相和四方相的声子色散的计算报告[20,21]，但其低温热性质尚未得到研究。在这里，我们描述了对Cs₂AgBiBr₆的温度依赖性结构和热性质的研究，扩展了这一具有技术意义的材料的研究。热性质分析显示其热导率较低，德拜温度很低，并且表现出非德拜行为，这表明存在低频声子模式。这项工作有助于深入理解无机钙钛矿及相关材料，鉴于人们对这些材料在潜在应用中的兴趣。

实验部分

实验

通过球磨适当的二元化合物，获得了纯相立方Cs₂AgBiBr₆微晶粉末。在氮气保护的手套箱中，按2:1:1的化学计量比混合了CsBr粉末（Sigma Aldrich，纯度99.999%）、AgBr颗粒（Thermo Scientific，纯度99.998%）和BiBr₃粉末（Alfa Aesar，纯度99%）。将粉末混合物与不锈钢球以30:1的比例放入不锈钢研磨罐中，并密封罐子。

结果与讨论

Cs₂AgBiBr₆在122 K时发生一级结构转变，从立方相转变为四方相[8,29]，这一点通过我们的温度依赖性XRD研究和相关的Rietveld结构精修得到了证实，相关结果见补充材料。室温以下发生的结构变化可能导致单晶中形成晶界，从而干扰材料内在热性质的测量。

结论

我们成功制备出了纯相致密的Cs₂AgBiBr₆，这是阐明其低温热性质的关键一步。室温下对致密化Cs₂AgBiBr₆的Rietveld结构精修表明，样品为纯相，晶粒没有明显的取向。温度依赖性XRD研究显示在122 K时发生四方相转变，我们的温度依赖性C_{p数据也证实了这一一级相变的发生。对低}

数据获取

数据可应要求提供给相应作者。

作者贡献

Wilarachchige D. C. B. Gunatilleke：撰写初稿、数据管理、实验研究、数据分析、可视化。Thomas Doert：数据管理。George S. Nolas：概念构思、实验指导、审稿与编辑、项目管理。

作者贡献声明

Wilarachchige D.C.B. Gunatilleke：撰写初稿、验证数据、数据分析。Thomas Doert：数据管理。George S. Nolas：审稿与编辑、项目指导、实验研究、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。