理解晶体结构、原子有序/无序排列与传热机理之间的关系是发展超低导热率（κ）热电/热绝缘材料的关键，其中要求具有非常高纯度的材料。

有鉴于此，雷恩大学Pierric Lemoine、中央密歇根大学Marco Fornari、卡昂高等工程师学院Emmanuel Guilmeau等报道合成n型硫化物CuPbBi₅S₉，在300-700 K温度区间内实现超低的κ值（0.6-0.4 W m^-1 K^-1）。

本文要点：

（1）

与以往的相关研究相比，本文合成的硫化物并非规则结构柱硫铋铜铅矿晶体结构，而是含有Cu缺陷的畸变结构形成针硫鉍铅矿结构，其中部分Pb被Bi原子取代，生成化学组成比例为Cu_1/3□_2/3Pb_1/3Bi_5/3S₃。通过实验和晶体动力学计算，发现这种材料中超低的κ值是因为由于Pb和Bi以及少量Cu构成的低能量光学模。在低能量中表现复杂的振动模式和非谐效应，因此增强声子散射。

（2）

作者发现，针硫鉍铅矿型硫化物材料虽然是一种弱半导体材料，但是具有设计新型高效率低κ值n型热电材料的前景。比如，通过Cl取代S、Bi取代Pb，使得载流子浓度和热电品质显著改善。

因此，这种Cu_1–x□_xPb_1–xBi_1+xS₃材料组成体系展示了通过控制畸变和优化掺杂元素实现调控n型热电硫化物材料提供设计经验。

参考文献

Krishnendu Maji, Pierric Lemoine*, Adèle Renaud, Bin Zhang, Xiaoyuan Zhou, Virginia Carnevali, Christophe Candolfi, Bernard Raveau, Rabih Al Rahal Al Orabi, Marco Fornari*, Paz Vaqueiro, Mathieu Pasturel, Carmelo Prestipino, and Emmanuel Guilmeau*,A Tunable Structural Family with Ultralow Thermal Conductivity: Copper-Deficient Cu_1–x□_xPb_1–xBi_1+xS₃, J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c11998

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11998