近日，我院能量转换材料与器件课题组在SnTe基热电材料的性能优化方面取得新进展。相关研究成果“Enhancing the thermoelectric properties of Sb2Te3(SnTe)10 through band and defect engineering via In and Mn co-doping”以河北大学为第一单位发表在《Materials Today Physics》（2026, 68, 102242）。硕士研究生韩江杉为论文第一作者，钱鑫副教授和王淑芳教授为共同通讯作者。
SnTe因具有与PbTe相似的岩盐矿晶体结构和能带特征，被视为最具潜力的无铅中温热电材料之一。然而，本征Sn空位使其空穴浓度高达1020–1021 cm−3，导致Seebeck系数偏低；同时较高的晶格热导率也制约了热电zT优值的进一步提升，上述问题限制了SnTe基材料的实际应用。本研究通过在SnTe基体中合金化Sb2Te3，引入阳离子空位并形成高密度的位错网络缺陷结构，构筑了具有较低晶格热导率的Sb2Te3(SnTe)10基体。在此基础上，进一步利用In、Mn共掺杂的协同调控策略，通过能带工程与缺陷工程的耦合实现电热输运性能的协同优化。研究表明，In掺杂在费米能级附近引入共振能级，显著增大了态密度有效质量；在此基础上进一步共掺Mn，促进价带平坦化并强化了In引入的杂质能级效应，使室温Seebeck系数由55 μV K−1大幅提升至103 μV K−1，同时有效抑制了高温双极扩散效应，实现了全温区功率因子的提升。与此同时，Mn掺杂还引入了点缺陷、富Mn纳米析出相以及额外的位错结构，构成多尺度声子散射中心，将室温晶格热导率由1.18 W m−1 K−1降低至0.80 W m−1 K−1。最终，Sb2Te3(Sn0.9Mn0.09In0.01Te)10样品在723 K处获得1.10的峰值zT，并在323–773 K宽温区内实现了0.81的平均zT，较未掺杂基体提升约84%；其维氏硬度也由1.09 GPa提高至1.54 GPa，实现了热电性能与力学性能的同步提升。该工作揭示了In、Mn共掺杂对能带结构与声子输运的协同调控机制，为宽温域高性能热电材料的设计提供了重要参考。
在另一项工作中，与中科院物理所合作，通过开发一种新型界面应力与位错工艺，不仅优化了α-MgAgSb材料的热电性能，同时还显著提高了材料的力学性能，由位错积累引起的异向变形诱导背应力使材料的抗压强度提高至700 MPa。相关成果“Interface strain and dislocation engineering for simultaneous optimization of thermoelectric and mechanical performance in α-MgAgSb” 以河北大学为第一单位发表在《Materials Today Physics》（2026, 68, 102256）。硕士研究生杨东衡为论文第一作者，王淑芳教授和赵怀周研究员为共同通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金、中央引导地方科技发展资金项目、河北省高等学校科学研究项目和河北大学公共测试中心的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102242
https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102256
