材料科学与工程学院黄丽宏教授团队在国际顶尖学术期刊Acta Materialia发表最新研究成果

近日，材料科学与工程学院黄丽宏教授团队与西南交通大学杨雄/桂林电子科技大学闫二虎教授团队合作在国际顶尖期刊《Acta Materialia》发表题为“Introducing multi-scale scattering centers into NbCoSb half-Heusler alloys via vacancy engineering to achieve high-performance thermoelectric properties”的研究论文。《Acta Materialia》2025年最新影响因子为9.3，是材料科学与工程领域公认顶级期刊，同时被国际权威的自然指数评选为顶级期刊之一。西华大学黄丽宏教授、西南交通大学杨雄副教授和桂林电子科技大学闫二虎教授为论文共同通讯作者，西华大学青年博士闵若男为论文第一作者，硕士研究生王慧娟为论文第二作者，西华大学为第一完成单位。

论文截图

Half-Heusler热电合金因其硬度高、高温稳定性强、成本低和环境友好等优势，在实现高温热-电转换领域潜力巨大。本团队负责人黄丽宏教授2015年首次提出19电子NbCoSb基half-Heusler热电合金，然而相比于传统18电子half-Heusler热电合金，19电子NbCoSb基half-Heusler热电合金的成分调控范围难以确定，导致本征热导率较高，制约了热电优值的提升。为此，本论文提出了一种基于空位工程将多尺度散射中心引入到NbCoSb半赫斯勒合金中，以获得高性能half-Heusler热电合金的策略。多尺度散射中心可以加强低、中、高频的声子散射，在大幅降低晶格热导率的同时对电性能影响较轻微，最终实现大幅提升热电优值的目的。

论文插图

在19电子NbCoSb基体中引入空位工程可使Nb0.62Ta0.23Co0.95Sb0.975合金在973 K时ZT峰值提升至0.91。第一性原理计算结果表明，Ta合金化对电学性能的影响较小，同时有效地保持了优异的功率因子。此外，Ta合金引入了明显的质量场和应力场波动，与本征空位和超结构协同作用，有效散射高频声子。纳米析出相和位错散射中频声子，而晶界主要散射低频声子，实现多尺度声子散射中心协同降低晶格热导率的效果。此外，成分调控后的NbCoSb基half-Heusler合金仍保持较高的显微硬度、杨氏模量和剪切模量，为其工业应用提供较大竞争力。本工作证实了高空位浓度的19电子NbCoSb基热电合金等电子合金化的可行性，为阐明其他空位工程中的电子-声子输运机制提供了有价值的参考。

通讯作者简介：

黄丽宏，无党派人士，工学博士，教授，硕士生导师。美国休斯顿大学访问学者，四川省学术与技术带头人后备人选，第五届四川省金属学会冶金先进青年科技工作者，主要从事热电材料、水系锌金属电池等方向的研究工作。主持国家自然科学基金、四川省教育厅项目等多项。在《Energy Storage Materials》《Advanced Functional Materials》等国际学术期刊发表SCI论文40余篇，参与编写英文专著1部，授权中国发明专利3项。获四川省自然科学一等奖1项、四川省科技进步三等奖1项。四川省一流本科课程负责人，获校教学成果一等奖1项，主持省部级教改项目3项。

第一作者简介：

闵若男，大连理工大学博士，讲师，硕士导师。主要从事half-Heusler热电合金显微组织、结构及成分调控和热电性能研究。近年来，在相关领域的国际期刊发表论文17篇，主持四川省自然科学基金项目一项。