微纳材料设计与制造研究中心

热电材料具有直接将热和电进行相互转化的能力。其中，Seebeck效应是指如果在热电材料两端存在温度差，将会有温差电动势产生。同样地，Peltier效应是当电流流过热电材料时将会在材料的节点处产生吸热或者放热的现象。基于这些效应的热电装置可以应用到诸如温度测量、废热利用、空气调节和制冷等领域。热电材料的效率是由无量纲的指数—ZT 值所决定：式中S，σ，K 和 T 分别是Seebeck系数，电导率，热导率（包括电子热导率和晶格热导率）和绝对温度，分子部分称为功率因子。直观地，好的热电材料需要大的Seebeck系数来保证高的电压输出，高的电导率σ来降低焦耳热的耗散和低的热导率来维持材料两端的温度差。本课题组张杰博士后在单斌教授的指导下采用第一性原理以及Boltzmann输运理论研究了二维单层TiS₃的结构、电子、声子以及热电性能。结果表明由于能带边缘电荷密度分布的差别，导致这种二维体系中载流子的输运表现出很强的各向异性。相比于其类似物过渡金属硫化物MoS₂，TiS₃具有更大的结构复杂性，因而它的晶格热导率更低。在合适的载流子浓度下，我们预测TiS₃单层y方向的值可以达到3.1，从而确定了这种结构是一种具有较高热电性能的二维材料。该部分研究工作发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 2509−2515上。