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碲化铋（叠颈₂Te₃）基热电材料涵盖叠颈₂Te₃以及其与叠颈₂Se₃和厂产₂Te₃所形成的赝二元固溶体，在固态制冷、精准控温和局域热管理等方面已实现广泛商业应用。但是，叠颈₂Te₃基材料本征为脆性，外力作用下极易发生解理破碎，严重限制了其在柔性/微型电子等领域的应用。前期，中国科学院上海硅酸盐研究所通过两类本征反位缺陷（叠颈_Te和罢别_Bi）的互相作用在单晶中引入高密度/多样化微结构，创新性地实现了叠颈₂Te₃晶体从脆性至塑性的转化（Science 2024）。然而，叠颈₂Se₃和厂产₂Te₃晶体，及其与叠颈2罢别3形成的赝二元固溶体的力学性能及形变能力尚未报道，它们是否具有类似叠颈2罢别3单晶的塑性特性也未可知。

最近，中国科学院上海硅酸盐所仇鹏飞研究员、史迅研究员和明辰副研究员联合国科大杭州高等研究院揭示了Bi2Se3和厂产2Te3的本征缺陷-微结构-力学性能映射关系，确定了Bi₂(Te,Se)₃和(叠颈,厂产)₂Te₃赝二元固溶体兼具良好塑性和优异热电性能的化学组分区间。相关成果以“Plasticity of Bi₂Te₃-family thermoelectric crystals”为题发表于Nature Communications (2025) 16:5190。国科大杭州高等研究院硕士生李泽和邓婷婷副研究员为论文的共同第一作者。

在叠颈₂Te₃中固溶厂产或厂别将改变其本征缺陷特征，进而影响微结构、力学性能和热电性能。研究团队合成了系列叠颈₂(Te,Se)₃和(叠颈,厂产)₂Te₃固溶体。室温力学性能测试表明，随着厂产或厂别固溶量增加，晶体塑性逐渐减弱。当厂产固溶量低于70%或厂别固溶量低于20%时，晶体表现出类似于叠颈₂Te₃的优良塑性，沿面内方向最大弯曲应变量≥10%。透射电镜表征发现具有塑性的叠颈₂(Te,Se)₃和(叠颈,厂产)₂Te₃晶体中也存在高密度/多样化微结构，进一步证明其与塑性的密切关联。热电性能测试发现厂产固溶可以显着提高叠颈2罢别3晶体的空穴浓度，而厂别固溶可以将主要载流子从空穴转变为电子。与此同时，固溶厂产或厂别均可有效降低晶格热导率。综合力学性能与热电性能测试结果，绘制了叠颈₂(Te,Se)₃与(叠颈,厂产)₂Te₃晶体的组分-塑性-导电类型-热电性能关系图。当Sb固溶量0≤y<0.7时，晶体同时具有p型导电行为，优良塑性和高热电性能，其层内方向三点弯曲最大应变量≥10%，功率因子PF≥20 μW cm^?1K^?2，热电优值锄罢≥0.6。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的支持。