通过Sb2Se3掺杂协同优化Ag2Se热电性能与机械强度的创新研究

本文报道了一种通过手工研磨Ag/Se/Sb2Se3前驱体结合热压烧结的简易合成方法，成功构建Ag2Se/(Sb2Se3,AgSbSe2)复合材料。该材料通过界面声子散射将晶格热导率(κL)降低15%，同时利用能带调控使塞贝克系数(S)提升18%，最终实现zT值0.72（383K）和维氏硬度54.7 kgf·mm?2的双重突破，为替代Bi2Te3提供了新思路。

　　

Highlight

Ag₂Se凭借其优异的室温热电性能，已成为替代n型Bi₂Te₃的潜力候选材料。本研究通过手工研磨Ag/Se/Sb₂Se₃前驱体并热压烧结，创新性地构建了Ag₂Se/(Sb₂Se₃,AgSbSe₂)复合材料体系。

Sample preparation

采用机械合金化（MA）结合手工混合的简易工艺：先将Sb₂Se₃前驱体在450 rpm转速下球磨20小时，再按Ag₂Se-xSb₂Se₃（x=0-0.03）化学计量比混合Ag/Se粉末，最终通过热压（HP）烧结获得致密块体。

Phase composition

XRD分析显示烧结体主相为斜方晶系Ag₂Se（PDF#24–1041），并检测到微量Sb₂Se₃特征峰。值得注意的是，在烧结过程中部分Sb₂Se₃与Ag₂Se反应原位生成AgSbSe₂第二相。

Conclusion

这种"一锅法"合成的复合材料展现出三重优势：1）异质界面增强声子散射使κ_L显著降低；2）AgSbSe₂界面产生能量过滤效应提升S值；3）第二相阻碍裂纹扩展使硬度提升18%。该研究为开发高性能-高可靠性热电材料提供了新范式。