我国学者在MgAgSb基热电器件研究方面取得进展

图（a, b）高热稳定性热电器件的原子级界面设计，（c）全镁基器件在不同温差下的转换效率与现有器件的对比，（d）全镁基热电模块的热循环可靠性评估

　　在国家自然科学基金项目（批准号：U23A20685、52174343、51902333）等资助下，东华大学江莞教授团队与合作者在热电材料领域取得新进展。相关研究成果以“原子级界面增强提升镁基热电器件的效率与耐久性（Atomic-scale interface strengthening unlocks efficient and durable Mg-based thermoelectric devices）”为题，于2025年3月17日发表在《自然•材料》（Nature Materials）杂志，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02167-0。

　　在钢铁、化工等行业中，约60%的能量以废热形式流失，回收废热对提高能效和应对气候变化至关重要。热电技术通过将废热直接转化为电能，提供了一种有效的解决方案。然而，要大规模应用热电技术，关键在于提高热电器件的转化效率。尽管近年来研究人员在热电材料性能提升方面取得了一定进展，但器件中电极与热电材料之间界面反应、元素扩散以及接触电阻增加等导致的界面退化问题，严重影响了热电器件的长期稳定性。因此，开发一种既能增强界面结合力又能减少电阻和界面反应的接触层，对热电设备的长期稳定运行至关重要。

　　本研究提出原子级界面强化策略，通过调控界面化学结合和扩散行为，成功制备出高效稳定的全镁基热电器件。针对热电材料阻挡层筛选问题，研究团队创新性地开发了一种高通量阻挡层筛选方法，显著提升了阻挡层材料筛选效率。该方法采用多界面同步构筑技术，在单次烧结过程中实现多个异质界面形成和电阻并行测试，大幅提高了实验效率。研究发现，金属钴作为阻挡层材料表现出卓越的界面特性，不仅具备极低的接触电阻率（老化前后稳定<5 µΩ·cm²），且长期服役后无明显元素扩散现象，并结合分子动力学模拟验证了原子级界面的优势。实验表明，采用原子级界面设计的器件在高温端373 K~573 K温度范围内运行600次完整热循环（累计1440小时），转换效率依然保持稳定，远超传统界面设计的器件。

　　该研究突破了传统热电界面易失效的瓶颈，为高性能、长寿命镁基热电器件的开发提供了全新思路，有望推动新型热电材料与器件的产业应用。