2020年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：熱電材料的樣品制備、結構表征及性能優化
完成單位：重慶大學分析測試中心
完成人：周小元、張斌、公祥南、鄒函君、郭莉杰、王國玉、盧旭、
周楷、王桂文、彭坤嶺
成果簡介：
熱電轉換技術作為一種綠色的清潔能源技術，可直接實現熱能與電能的相互轉換，為能源危機與環境污染問題提供了可能的解決途徑。本項目通過自主技術/設備與多種材料生長方法，成功實現了多種熱電材料的生長及優化，并利用X射線光電子能譜、透射電子顯微鏡、拉曼光譜、電-熱輸運等測試技術發展了多種熱電材料分析方法，系統的研究材料的微結構與其熱電性能等，探索熱電材料微結構-性能的關系與性能優化的方法，取得以下重要成果：1）通過自主設計、搭建的單晶生長設備，實現了系列高品質單晶的生長，為單晶體系的研究提供了重要的材料支撐；2）探索并總結了熱電性能優化方法與策略；3）借助微解析方法，定性/定量的解析了材料微結構-性能關系，為熱電材料性能的優化奠定了理論基礎和技術支撐，具有重要的指導意義與實際應用價值。
創新點及科學價值：
1．自主設計并完成單晶生長設備搭建，實現了系列高品質塊體單晶的生長，包括SnSe、SnS、SnSb2Te4、GeSb2Te4、Cr2Ge2Te6等。其中，部分體系為國際/國內首次報道，拓展了單晶材料在熱電及其他半導體領域的研究與應用。
2.基于測試表征結果，優化材料的生長方法/條件，探索熱電性能調控手段（如納米孿晶工程等）、開發新型材料體系（如SnS、SnSb2Te4等），為高性能熱電材料的生長提供了重要參考。
3.綜合利用先進的顯微學方法，建立原子尺度材料結構信息的定量解析方法，為熱電材料的微結構設計與性能優化提供了思路。
社會經濟效益：
1.本項目的部分研究成果在Energy Environ. Sci.；Mater. Today；Adv. Energy Mater.；Adv. Funct. Mater.等能源/材料領域權威期刊發表SCI論文30余篇（其中，影響因子>10共10余篇），他引600余次，撰寫英文專著1章節，申請發明專利10項。
2.本項目的成果受到了同行的廣泛關注與高度評價，對熱電材料及其相關領域的發展提供了重要的研究基礎與技術支撐，具有良好的科學價值與社會效益。第一完成人周小元教授獲得國際熱電學會2018年度青年科學家獎；2016年度中國新銳人物特別貢獻獎等殊榮，并多次受邀介紹本項目相關的工作。
3.為國內外多個科研單位提供了大量的高品質單晶材料及材料生長方法與設備技術等，促進了交流合作，推動了單晶于熱電材料的研究與實際應用。
應用前景：
1.通過單晶材料的生長、性能優化、測試表征與分析，開發了多種體系的具有優異性能的熱電材料；且有望為眾多基礎物理科學問題的研究提供高質量的單晶材料。
2.本項目提出的熱電材料性能優化策略（如納米孿晶工程、低維熱電材料Cr2Ge2Te6等），有助于促進熱電材料研究領域的發展與實用化進程。
3.本項目開發的微結構定量解析方法，有助于基于高分辨電子顯微像的結構定量化解析的發展，推動其在相關材料中定量化研究的應用。
