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热电设备通过从设备的冷热部分的温差中产生电压，将热能转化为电能。研究人员利用中子来研究硫化锡和硒化锡的单晶，以更好地了解转换过程是如何在原子尺度上发生的。他们测量了与温度有关的变化，测试发现，不同温度下的结构变化与原子振动（声子）的频率之间存在着强烈的联系，这种联系影响了材料的热传导方式。

该研究还确定了能量转换的理想温度，它还提供了基本的科学见解，可用于协助研究人员创造具有更好的热电性能的新材料。

热电材料是清洁能源技术的关键。研究人员利用中子散射发现了有关声子重整机制的细节。这是一个量子力学过程，解释了两种常见热电材料超低的热导率。这些发现可能有助于研究人员为更有效的热电设备创造材料。它也将有助于改善可再生能源转换技术。

热电技术将热能转化为电能，它们是可以减轻气候变化影响的清洁能源技术组合之一。热电的一个主要挑战是其相对较低的效率和有限的可用材料数量。为了设计更高效率的材料，科学家们需要从根本上了解实现超低热导率的机制。

为了解决这个长期存在的科学难题，杜克大学的研究人员采用中子散射实验，并辅以其他技术，来探测典型的热电材料，将硫（S）和硒（Se）结晶成二元体的SnS和SnSe。

通过使用位于橡树岭国家实验室的能源部（DOE）用户设施 - 辐照中子源和高通量同位素反应堆的先进中子散射仪器，研究人员在150K到1050K的宽广温度范围内测量了结构变化和声子光谱，揭示了800K时的一个转变，即原子间距在一个方向上扩大，但在其他方向上收缩。

动态测量还提供了关于过渡期原子振动频率急剧下降的关键信息，这也是热传导减少的原因。这项工作还表明，观察到的声子行为可能存在于许多其他具有类似相变的材料中，如卤化物过氧化物、氧化物铁电体或接近不稳定的热电体，这大大拓宽了能源转换材料的可能性库。

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https://www.nature.com/articles/s41467-020-18121-4

标签： 科学探索 科学家们在热电材料的转换过程中发现了明显的原