這篇由中國石油大學石油加工與材料科學工程國家重點實驗室研究學者完成的，通過超快速微波水熱法合成SnTe納米晶體以提高熱電性能的論文，發表在《納米能源》上，其影響因子為13.12。

近年來，微波化學儀器用于材料合成的研究工作已經成為科學研究的熱門方向，受到廣大學者的極大關注！

SnTe是IV-VI半導體的重要成員，SnSe和PbTe作為兩種具有代表性的熱電材料，由于其類似于PbTe的巖鹽晶體結構，被認為是一種具有潛在吸引力的熱電材料。然而，由于SNTE在形貌和尺寸控制方面的困難，目前對SNTE的研究還很有限，由于其高的熱導率，其熱電性能也很低。本研究設計了一種簡單、超快的微波水熱法合成由微尺度到納米尺度的可控尺寸的SnTe粒子。

在較寬的溫度范圍內，研究了放電等離子燒結制備的SnTe塊體材料的熱電性能，重點研究了其尺寸效應。由于納米尺寸效應導致聲子散射增強，熱導率低，0.60Wm。1K1在803K時，用165-nm納米粒子在體試件中獲得.在803K時，相應的最大ZT值提高到0.49，約為機械合金化SnTe塊體樣品的2.3倍。

熱電(TE)材料在過去幾十年中不僅因其具有優異的余熱發電能力，而且在固態制冷[1-4]中具有廣闊的應用前景而引起了人們的廣泛關注。SnSe單晶的ZT值達到2.6，這無疑是目前材料中最好的TE性能。SnTe作為IV-VI半導體的另一個成員，不僅是一種無鉛材料，而且具有與PbTe晶體相似的晶體和能帶結構，被認為是最有前途的熱電材料之一。然而，最近的研究表明，SNTE晶體的ZT值仍然很低，因為它們本身具有較高的熱導率(通常大于2.5Wm)。

在本研究中，研究員設計出一種簡便、超快、綠色、高產的微波水熱合成納米粒子(NPs)。系統地討論了定向附著生長機理和形貌控制技術。為了進一步驗證和理解納米尺寸效應，還采用球磨結合放電等離子燒結(SPS)相結合的方法制備了SNTE參比樣品。

與純SNTE塊體材料的熱電性能比較，超低導熱系數(1.5 W m)。1 K1至0.60西米1 K1，323-800 K，相對較高的Seebeck系數(58-90μV K)在平均直徑為165 nm的NPs燒結樣品中發現，ZT值較高(803K時約為0.49)，這與聲子散射增強和能量過濾效應增強有關。

圖一↑

圖一： (a)微波水熱合成系統：(b)溫度曲線作為反應時間的函數，(c)SNTE納米粒子的XRD圖譜，(d)和(e)是不同倍率下的SEM圖像，(f)是模擬SNTE納米粒子的八面體結構；(g)、(h)和(i)是整體TEM、SEAD和HRTEM圖像。

圖二↑

圖二： (a)、(b)和(c)是用0g，1.0g，1.25g NaOH合成的SnTe NPs的SEM圖像; (d)是樣品(a)和(c)的XRD圖譜； (e)和(h)，(f)和(i)，(g)和(j)是用1.50g，2.50g，5.50g NaOH合成的SNTE粒子的SEM圖像。

圖三↑

圖三： (a)SPS后樣品的整體形貌，其嵌體分別為矩形柱和方形晶片，用于測試熱電性能和霍爾測量： (b)為未摻雜SNTE參考樣品的XRD圖譜； (c)、(d)、(e)和(f)是從機械合金化粉末(c)或不同直徑的顆粒(165 nm(d)、550 nm(e)和8.2 mm(f)燒結的致密試樣上的詳細掃描電鏡圖像。

圖四↑

圖四： 從165 nm、550 nm納米粒子(NPs)、8.2mm微米顆粒(MPS)和機械合金化(MA)粉末中燒結的致密樣品的性能曲線為： (a)總熱導率， (b)晶格熱導率， (c)電導率， (d)和(e)電輸運機制， (f)空穴遷移率，載流子濃度和mmx*/0*比值，作為減小晶粒尺寸的函數， (g)Seebeck系數， (h)功率因數和(i)ZT值。

利用聲子散射理論和納米尺度效應引起的能量濾波效應，系統地研究了納米能量28(2016)78-86的性質。當直徑從8.2mm減小到165 nm時，熱導率顯著降低。

極低導熱系數，0.60W m1 K1在803K時，由于細化晶粒、晶界和點缺陷的干擾增強了聲子散射效應，用165 nm納米粒子燒結了致密樣品。這一數值僅為參考樣品的11.8%，是迄今為止未摻雜SNTE的最低熱導率。

與參比樣品相比，165 nm NPs樣品在803 K處獲得了較高的ZT值，為0.49，也高于其他工作。微波水熱法、控制晶粒尺寸或形貌的技術以及納米尺寸效應也為研究一類廣泛的半導體熱電材料的合成-結構-性質關系提供了新的見解。