中科院上海硅酸鹽研究所研究員李國榮團(tuán)隊(duì)通過晶粒及晶界缺陷設(shè)計(jì)的方法，成功消除了ZnO晶界處的肖特基勢(shì)壘，制備出高導(dǎo)電的ZnO陶瓷，其室溫下的電導(dǎo)率高達(dá)1.9×105 Sm-1；同時(shí)缺陷設(shè)計(jì)也降低了材料的晶格熱導(dǎo)率，使該陶瓷呈現(xiàn)良好的高溫?zé)犭娦阅埽湓?80K的功率因子達(dá)到了8.2×10-4 W m-1 K-2，較無缺陷設(shè)計(jì)的ZnO陶瓷提高了55倍。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《材料學(xué)報(bào)》。

    據(jù)悉，三價(jià)施主摻雜常常被用來提高ZnO材料的導(dǎo)電性，但是由于三價(jià)元素如Al3+在ZnO中的固溶度有限，導(dǎo)致電導(dǎo)率無法大幅提高；同時(shí)ZnO陶瓷中由于其本征缺陷而導(dǎo)致的晶界肖特基勢(shì)壘也進(jìn)一步降低了其電導(dǎo)率。因此，提高晶粒電阻，同時(shí)消除晶界肖特基勢(shì)壘是ZnO導(dǎo)電及熱電材料研究領(lǐng)域的難點(diǎn)問題。

    研究人員在高電導(dǎo)ZnO陶瓷的制備以及晶界勢(shì)壘的調(diào)控方面進(jìn)行了創(chuàng)新性探索：通過還原性氣氛燒結(jié)，成功消除了ZnO晶界處的受主缺陷，使其晶界處的肖特基勢(shì)壘消失。同時(shí)，還原性氣氛燒結(jié)也提高了三價(jià)施主摻雜元素在ZnO晶粒中的固溶度，使材料的載流子濃度和遷移率均得到大幅提高。

    該項(xiàng)研究還通過高分辨透射電鏡、陰極發(fā)光發(fā)射譜及電子背散射衍射等多種表征手段進(jìn)一步證實(shí)了受主摻雜后晶粒晶界缺陷分布情況，發(fā)現(xiàn)摻雜在ZnO陶瓷的晶粒中引入大量缺陷，可同時(shí)降低ZnO的晶格熱導(dǎo)，成功實(shí)現(xiàn)了其電學(xué)性能和熱學(xué)性能的單獨(dú)調(diào)控，在導(dǎo)電及熱電陶瓷中有較好的應(yīng)用前景。