空位调控的银铜硫硒碲材料：纳米尺度的“化学波动”让柔性热电性能大幅提升

本研究聚焦于一种新型柔性热电材料：(Ag,Cu)₂(S,Se,Te)合金。这类材料属于罕见的p型无机柔性半导体，兼具机械柔韧性和良好加工性，因此特别适合用于可穿戴电子、人体热能收集等新兴领域。但其多组元特性导致微观结构复杂、缺陷种类繁多，严重制约热电性能优化。

研究人员首次在该合金中发现“纳米尺度相干化学波动”——即在原子晶格保持连续完整的前提下，局部区域的元素组成（如Te减少约10%、Se富集约40%）在1–3纳米尺度上发生规律性起伏。这种波动并非杂质或相分离，而是由硫、硒、碲等阴离子尺寸差异及银/铜阳离子部分置换共同引发的“动力学冻结”现象（类似高熵材料中的缓慢扩散效应）。它与高密度位错、孪晶界共同构成多级声子散射中心，使晶格热导率低至0.16–0.31 W·m⁻¹·K⁻¹，接近玻璃水平。

与此同时，研究团队通过精准调控阳离子空位（如引入1%银空位），显著提升载流子浓度（从4.8×10¹⁹ cm⁻³增至1.5×10²⁰ cm⁻³），从而提高电导率和功率因子；而塞贝克系数仅轻微下降，整体电输运性能得到平衡优化。最终，在360 K（约87℃）下获得zT = 0.98的峰值热电优值，是目前所有银基柔性热电材料中的最高纪录。

该材料还展现出优异的力学性能：压缩应变可达80%，三点弯曲应变达18%，并可经轧制工艺制成厚度仅61微米、可反复弯折裁剪的自支撑箔材，且在6次热循环后性能完全可重复。相比传统脆性热电材料（如Bi₂Te₃），它无需依赖损害热电性能的聚合物复合工艺，更易直接集成到柔性器件中。尽管原材料成本略高（约高10%），但其熔炼法制备工艺简单、可规模化，综合生产成本更具优势。

综上，本工作揭示了“化学波动”这一常被忽视的微观结构特征在协同调控声子与载流子输运中的关键作用，为设计高性能柔性热电材料提供了新范式：不再仅追求单一性能指标，而是通过多尺度缺陷工程（化学波动+位错+空位）实现热、电、力性能的统一优化。