如何让材料更柔韧高效：新型低导热材料的设计秘诀

研发低热导率（κlat）材料对提升热电转换效率和隔热性能至关重要。目前，散射调控、声速（νs）及非简谐性是影响κlat的三大关键因素，虽已有纳米结构设计、熵驱动点缺陷等外部策略优化散射，但声速和非简谐性等内在结构特性的调控仍存挑战。传统通过调节配位原子电负性增强键离子性的方法，常因键强度增加导致声速上升，或因使用高活性（如Cs）、高毒性（如Tl）元素限制应用。本研究提出“强制键电离”新策略，通过构建冲突配位环境诱导特定键电离，突破传统局限。

研究以Cu5TeS3I3（CTSI）为对象，设计铜原子平面三配位与四面体四配位共存的结构。CTSI晶体分P3221和P3121两种手性相，均为层状结构，层间通过部分电离的碘原子形成弱静电与范德华作用，层内则由TeS3三角锥和CuS2I2准四面体构成，铜原子在准四面体中呈无序分布，存在混合键、离子键和范德华力等多种作用。透射电镜显示层间碘原子呈蜂窝状排列，层内铜原子无序分布，限制声子自由程，呈现类玻璃态热传导。

实验测得CTSI晶格热导率为0.17 W/(m·K)，创致密无机多晶材料纪录。其横声速仅839 m/s，格üneisen参数（γ=2.76），表明声速极低且非简谐性强。比热分析符合德拜-爱因斯坦模型，低频声子主要来自铜和碘原子振动，强烈散射传热声子。理论计算显示CTSI为间接带隙半导体，层内柔性键使其单晶薄片具有良好柔性，具备热电应用潜力。

该研究通过配位竞争实现键电离，无需依赖电负性调节，为设计超低晶格热导率材料提供新范式，有望推动环保型柔性热电材料的发展。