近日，我院2023级硕士研究生王洪鑫以第一作者身份先后在国际知名期刊Inorganic Chemistry和Rare Metals上发表研究论文，报道了在钛酸锶基热电陶瓷设计与性能调控方面的进展。

得益于其高对称性导致的能带高度简并度和大塞贝克系数，钛酸锶已经成为n型高温热电材料的重要一员。然而，钛酸锶自身的强金属-氧离子键使其在室温下表现出很高的热导率（∼12 W·m^-1·K^-1@300 K），因此，有效降低热导率成为提升热电性能的关键。研究者发现，通过引入纳米结构和异质相可以有效散射长波声子，但对短波声子的散射效果不理想。为了在保持优异电输运性能的基础上有效降低热导率，需要设计一种基于组分调控的策略以实现多尺度声子散射。

基于此，作者采用基于成分设计的熵工程设计并制备了一系列Ca_0.25Nd_0.25Sr_0.5-xBa_xTiO₃ (x = 0, 0.05, 0.15, 0.25)陶瓷，通过调整Ba含量精确调控了构型熵，在引入点缺陷、局部应变场、位错和晶界在内的多尺度缺陷有效散射声子的同时，调整了能带结构并优化了Seebeck系数，平衡了载流子和声子散射之间的关系，实现了电热输运性能的协同优化（图a，Inorg. Chem. 2024, 63, 24724）。此外，由于化学无序、晶粒细化以及缺陷浓度增加，陶瓷的硬度提高。进一步结合缺陷化学原理，在(Ca_0.25Nd_0.25Sr_0.35Ba_0.15)_1-xTiO₃ (x = 0.03, 0.06, 0.09, 0.12)中构建了一系列不同程度的A位缺失，发现这不仅促进氧空位和Ti³⁺的形成显著提高了载流子浓度，还通过改善结构对称性以及减少晶界散射提高了载流子迁移率，在保持低热导率的前提下，使功率因数得以进一步提升（图b，Rare Met. 2025）。这些工作强调了熵工程和缺陷化学相结合的策略在调控SrTiO₃基热电氧化物电热输运方面的重要意义。

论文第一单位是山东理工大学材料科学与工程学院，通讯作者是我院研究生导师李存成老师和张明伟老师。

(a) 不同Ba含量Ca_0.25Nd_0.25Sr_0.5-xBa_xTiO₃陶瓷和(b) 不同A位缺失(Ca_0.25Nd_0.25Sr_0.35Ba_0.15)_1-xTiO₃陶瓷的性能

原文链接：

1. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.4c03968

2. https://link.springer.com/article/10.1007/s12598-024-03177-8