由东京工业大学制作
信用:东京理工大学
近年来，发达国家的能源消耗相当浪费
总能量的近三分之二通常被作为“废热”丢弃，最终导致全球变暖
找到一种有效利用这种热量的方法是每个材料研究者最近的首要任务
将这些废热回收为电能的一种可能方法是通过“热电转换”，这是一种利用半导体中的温差将废热转化为电能的过程
热电势是感应热电电压大小对材料温差的响应度量
电功率通过功率因数来评估，功率因数是热电功率的平方和电子电导率的乘积
因此，高电功率能够将热电材料中的大硫和高硫结合起来
然而，PF受到S和S之间权衡的限制
硫和硫取决于载流子浓度，因此通常通过添加杂质元素来调整载流子浓度来最大化功率因数——硫随着杂质浓度的增加而增加，但硫减少
这种权衡限制了PF
在最近发表在《高级科学》杂志上的一项研究中，由东京理工大学的高吉·片泽副教授领导的科学家团队发现了一种打破这种平衡的方法
科学家们在不同的衬底上生长了莫特绝缘体氧化镧薄膜，并找到了引入外延应变的方法，这种应变是由衬底和沉积(外延)薄膜的晶格结构不匹配产生的
人工压缩应变能够将镧从莫特绝缘体变成金属
在金属状态下，硫和硫的增加导致PF的百倍增加
“不同于传统的杂质掺杂方式，S和S的行为在晶格应变的LaTiO3薄膜中明显是解耦的，这导致了功率因数的惊人提升，这与传统观点相悖，”Dr
片刀
增加外延压缩应变可以引起载流子极性从p型到n型的变化
博士；医生
Katase和团队发现，虽然在压缩应变下热电势的绝对值随着载流子浓度的增加而增加，但是由于从Mott绝缘体到金属的电子结构变化，电子电导率也随着载流子迁移率的增加而增加
密度泛函理论计算阐明了钛3D能带分裂在p型的LaTiO3薄膜中形成能隙，而能隙在n型薄膜中闭合，这导致电导率和热功率异常同时增加
这一发现有望推进热电材料领域
“我们的实验表明，通过打破权衡问题，外延应变将成为从体积不明显的热电氧化物中获取大功率因数的新工具
金属硫族化合物如Bi2Te3被认为是高性能热电材料，但是硫族化合物具有有毒元素和低的热和化学稳定性的问题，这限制了热电的大规模使用
相反，因为氧化物在空气中甚至在高温下都是稳定的，所以它们是免维护热电转换应用的理想选择
在这一阶段，热电转换效率远低于金属硫属化物
但是，通过大大提高氧化物的热电性能，超越权衡关系，热电转换有望成为一种普遍的能源来源。”
片刀
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