【哈工大（深圳）宣】（前沿学部 文/图）近日，哈工大深圳校区张倩、毛俊教授团队在热电材料与器件领域取得重要进展，创新设计同时适用于n型和p型镁基热电材料的接触层，并结合低温连接技术开发出高性能全镁基热电发电器件，为低品位废热回收提供了高效解决方案。相关研究成果以“基于一体化接触层设计与低温瞬态液相互连技术的高性能全镁基热电器件集成”（Unified contact layer and low-temperature transient liquid phase interconnection for high-performance all-Mg-based thermoelectric devices）为题发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

目前，工业领域约三分之二的能源以低于573 K的低温废热形式浪费，热电技术能将该部分废热直接转化为电能，是应对能源浪费和减少碳排放的重要途径。传统的Bi₂ Te₃基材料因碲元素稀缺和高温性能退化等问题限制了其大规模应用，近年来，n型Mg₃ (Sb, Bi)₂ 和p型MgAgSb等镁基热电材料因其近室温优异性能和成本优势成为替代性选择，然而镁基材料的高化学反应活性和MgAgSb的相变问题给全镁基热电设备的界面设计与器件集成带来巨大挑战。

针对上述问题，研究团队设计Mg₂Ni同时作为n型和p型镁基热电材料的匹配接触层，在显著降低接触电阻的同时（n型3.0 μΩ·cm²，p型1.7 μΩ·cm²），实现了优异的热膨胀系数匹配。同时，采用镍-锡（Ni-Sn）瞬态液相键合技术，在低于MgAgSb相变温度（573 K）下实现了器件集成，有效避免了材料性能退化。此外，通过模拟优化n型分段支腿的几何结构，进一步提升了器件的转换效率和功率密度，最终在300 K温差下实现了10.8 %的高转换效率。不仅如此，器件在热端温度550 K下连续运行160小时及50次热循环测试中均表现出良好的稳定性，验证了其在未来实际应用中的可靠性。

图1 | 高性能全镁基热电器件的设计与制备。（a）N型Mg₃ (Sb, Bi) ₂和p型MgAgSb的变温zT曲线；（b）N型Mg₃ (Sb, Bi)₂ 分段热电支腿的结构仿真设计；（c）Mg₂Ni作为统一接触层引入的接触电阻和热膨胀系数差与其他接触设计的对比；（d）传统焊料的焊接温度（TBond）和工作温度（Twork）与镍-锡瞬态液相连接的对比；（e）在不同温度下的热电转换效率与文献结果对比；（f）全镁基热电器件在热循环工况下的转换效率稳定性。

哈工大深圳校区为论文第一完成单位，博士研究生陈尚豪为第一作者，张倩、毛俊、曹峰教授为通讯作者。该研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省卓越青年团队和深圳市科技人才计划等项目支持。（编辑 李晓慧 审核 张惠屏）