3月6日，记者从哈尔滨工业大学（深圳）获悉，该校材料科学与工程学院教授张倩团队在半哈斯勒热电材料领域取得重要研究进展，制备出尺寸大于1厘米，且具有优异热电性能的TiCoSb基半哈斯勒单晶。相关研究成果发表在《自然·通讯》上。
热电材料可直接将热能转化为电能，在温差发电领域具有重要应用。半哈斯勒合金因机械性能强、热稳定性高，被视为中高温热电应用的理想材料。
然而，传统多晶制备工艺易引入缺陷及杂质相，导致电子散射严重，电性能受限。单晶材料虽可减少缺陷、提升载流子迁移率，但其生长面临元素熔点高、二元竞争相容易出现和缺陷难以控制等问题。目前金属助熔剂法仅能制备长度不足3毫米的单晶，制约了高温热电性能表征与应用研究。
TiCoSb基半哈斯勒单晶。科研团队供图
科研团队另辟蹊径，基于金属助熔剂法，通过精准调控助熔剂配比、冷却速率及温度梯度，突破了半哈斯勒单晶生长技术瓶颈，制备出厘米级TiCoSb基单晶，且具有较高的结晶质量。
其中，科研团队发现铌元素掺杂的TiCoSb单晶的载流子迁移率为同体系多晶材料的2倍至3倍。
此外，科研团队结合第一性原理计算发现，铪元素合金化能够有效增强TiCoSb基单晶的声子非谐性散射，导致声子谱明显展宽和声子寿命降低。
实验发现，相较于纯TiCoSb，铪合金化可以使TiCoSb的晶格热导率降低约80%。最终，优化后的TiCoSb基单晶的平均热电性能显著优于其同体系的多晶材料。
据此，科研团队利用优化后的TiCoSb基单晶，成功制备出半哈斯勒单腿热电器件，其能量转换效率峰值约10.2%。
