科技日报上海1月10日电 （记者王春）由中科院上海硅酸盐研究所、武汉理工大学组成的团队，围绕电热输运协同调控、热电材料的多尺度微结构设计和高性能热电材料开展研发，项目成果今天获得2013年度国家自然科学二等奖。科研团队发现了笼状结构方钴矿晶格孔洞填充机理，首次提出填充原子与基体元素形成的第二相与填充方钴矿相（IyCoSb3）的竞争决定填充量极限；建立了预测杂质原子填充量极限的模型，揭示了杂质原子填充量与它的化学价态及电负性等元素本征性质间的定量关系，发现了填充原子与Sb元素之间的电负性差必须大于0.8的填充方钴矿稳定存在的电负性选择规则，解释了已发现和报道的填充方钴矿的实验结果，预测并随后在实验上成功获得了Na、K、Sr等新型填充化合物。

    据悉，团队在上述研究的基础上，率先开展物理分析，首次发现了大幅降低晶格热导率的新机制——宽频声子散射效应。即在方钴矿的晶格孔洞中，可以部分填充周期表中两个或两个以上的多原子，可以明显降低晶格热导率，从而提高热电性能。

    对于周期表上近百种可能的填充原子，试错法探索新化合物非常困难。该项目提出了“预测·设计·实现”的理性探索模式，提出了高性能多原子填充方钴矿的最优化异种原子组合的设计原理，从超过百种成分组合中筛选设计并成功制备了一系列具有极低晶格热导率和最优电输运性能的双填和多填新型方钴矿热电材料。多原子填充方钴矿材料的热电性能优值可从1.1—1.2提高到1.4甚至达到里程碑的1.7，为目前块体材料报道最高水平。

    该团队还系统研究了热电材料中的纳米分散相对于电热输运的调控机理，多尺度微结构的设计思想及相关的可控制备技术，实现了若干纳米复合热电材料的高性能化。据悉，一些纳米复合材料已经可以在实验室里实现稳定的小批量生产，并用于高效热电转换器件和应用系统的研发。