昆士兰科技大学研究人员找到将铜离子掺入碲化锗热电材料的新方法，显著提升了其将废热转化为电能的能力。相关研究成果发表于《自然通讯》。

碲化锗可用于电子设备，将热量转化为电能，有助于节约能源和为小型设备供电。此次研究中，除第一作者陈永琪外，昆士兰科技大学的陈志刚教授、李猛博士、王晓东博士等也参与其中。

陈志刚教授介绍，铜掺杂是向材料中添加少量铜以改变其特性(如提高导电能力)的过程。碲化锗虽以将热能转化为电能的能力闻名，但因原子排列方式，效果常不尽如人意，多数材料的能量损失源于原子排列结构。

陈永琪表示，研究采用靶向掺杂策略，利用铜离子增强材料的热电性能，为材料高效能量转换提供新途径。碲化锗原子结构存在天然缺陷，影响其热电转换性能。通过将铜离子附着到材料晶体结构特定点，能产生比以往类似材料更多的能量。

陈教授称，此前对碲化锗中铜掺杂的尝试是“间隙掺杂”，即把铜离子插入晶格结构原子间，不替换现有原子。而此次研究采用创新固溶体策略，可精确引导铜离子取代材料中现有原子。

在热电学领域，研究人员通过计算“品质因数”来衡量材料将热能转化为电能或将电能转化为热能的能力。陈教授说，此次研究中的新材料品质因数高达2.3，而此前版本为1.5，实现了超过50%的改善。

陈教授还指出，这项技术为识别材料原子结构中的缺陷开辟了道路，随后可使用固溶处理精确改进，从而生产出性能更佳、缺陷更少的材料。

更多信息：Yongqi Chen 等，《固溶处理促进铜离子扩散，推动 GeTe 基热电材料发展》，《自然通讯》(2025 年)