位錯通過散射聲子在熱輸運中起重要作用。然而，對于本質上導熱率低的材料（如熱電材料），經典模型需要極高數量的位錯(>10^12cm^-2)來進一步阻礙熱傳輸。

近日，來自德國亞琛大學、馬普所、同濟大學、美國西北大學等單位的一項研究工作發現，在1×10^10 cm^-2的中等位錯密度下，Na_0.025Eu_0.03Pb_0.945Te的熱導率顯著降低。通過相關的顯微技術來進一步表征位錯的（包括它們的排列、取向和局部化學性質），發現對它們的聲子散射是至關重要的。電子溝道對比成像揭示了位錯在單個晶粒內的均勻分布并且沿著四個<111>方向具有平行線。透射電子顯微鏡顯示平行網絡是邊緣型的，并且在每組中共享相同的Burgers矢量。原子探針斷層掃描揭示了摻雜鈉在位錯核心的富集，形成柯垂爾氣團。位錯網絡在透射電鏡原位加熱過程中是穩定的。利用卡拉威輸運模型，證明了位錯的平行排列和柯垂爾氣團使位錯在聲子散射中更加有效，這兩種機制為降低隔熱材料的熱導率提供了新的途徑。相關論文發表在材料領域頂級期刊Advanced Functional Materials。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101214

 

總之，本文系統研究了極低晶格熱導率的Eu_0.03Na_0.025Pb_0.945Te熱電材料的微結構特征。通過關聯來自同一區域的電子背散射di?raction (EBSD)、ECCI、TEM和APT測量，從晶粒尺寸長度尺度(15um)到原子尺度的結構表征。發現位錯均勻地存在于整個合金中，它們對κ_L的還原貢獻最大。特別地，這些位錯形成平行網絡組，每個平行于四個< 111 >方向之一排列。Pb空位和Na摻雜劑在位錯核心周圍分離，形成柯垂爾氣團，為位錯運動提供支撐。根據原位加熱觀察，位錯網絡在加熱、淬火或等溫退火過程中不表現出運動。

基于微結構缺陷的分布、數密度、尺寸和成分的量化，使用卡拉威模型評估它們對聲子散射的貢獻。位錯的平行排列和鈉科特雷爾氣氛增強了它們的應變場的散射強度，并且它們在1×10^10cm^-2的中等數密度下解釋了κ_L的顯著降低。

本文強調不僅要了解缺陷的結構和化學特征，還要了解它們的大規模排列 。所展示的相關顯微術方法連接了多個長度尺度，并且是將復雜的微結構與功能材料的性質相關聯的有力工具。（文：SSC）

圖1|Eu_0.03Na_0.025Pb_0.945Te高光的紋理結構

 

圖2|Eu_0.03Na_0.025Pb_0.945Te中位錯的相關電子顯微術

   

圖3|原子探針斷層掃描顯示鈉向位錯核心的分離。

 

圖4|受位錯影響的熱導率。

 

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