热电材料是一种能实现热能和电能相互转换的新型能源材料，热电转换技术不仅可用于温差发电回收工业余热，而且可用于半导体制冷，具有无振动、无噪声、零排放、安全可靠和易于维护等独特优点，受到世界各国研究者的高度关注。当前热电材料研究面临的主要问题是其转换效率偏低，提高其热电优值ZT是提高其转换效率进而实现大规模应用的关键。我校材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室杨君友教授团队多年来一直致力于热电材料的研究，近年来课题组将外磁场、纳米结构等引入到热电材料研究中，在调控热电材料的电热输运、优化热电性能方面取得系列重要进展，研究结果相继在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，影响因子16.146）、《纳米能源》（Nano Energy，影响因子10.325）、《材料化学A》（Journal of Materials Chemistry A，影响因子7.443） 等国际著名学术期刊上发表。
热电材料的电子和声子的传输行为与其微结构密切相关，杨君友教授团队通过固相反应在热电材料中引入原位纳米结构，有效调控了材料的电热输运，提高了综合热电性能：
1) 利用卤化铜高温分解在In4Se2.5化合物中同时引入阴阳离子掺杂，形成大量的施主缺陷，有效改善了材料的电学性能；此外富余Cu组元脱溶以纳米颗粒的形式析出，对中长波声子产生强烈散射，有效降低材料的声子热导率，最终ZT值大幅度提高，在723 K时高达1.4，相关研究工作相继发表在著名期刊Advanced Energy Materials（2014, 2,1300599）和Journal of Materials Chemistry A（2015, 3, 1251-1257）上；
2) 在P型碲化铋系材料中添加Zn4Sb3化合物，烧结过程中Zn4Sb3分解在Bi0.4Sb1.6Te3合金中同时引入Zn和ZnSb两种纳米粒子，不仅增强了声子散射，降低了材料的热导率；同时部分Zn原子掺杂增加了空穴浓度，材料的功率因子获得大幅度提高；而且有效抑制了该材料的双极扩散，促使本征激发温度大幅度提高，使该材料的最佳使温温度提高近150 K，423 K时ZT值高达1.44，相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A（2014, 2, 20288-20294）；
3) 利用Ni原子在不同尺度Yb填充方钴矿CoSb3中热扩散能力的差异，在材料中形成了一种未掺杂微米方钴矿和Ni掺杂的纳米方钴矿新型核-壳微结构，有效降低了材料的热导率；同时Ni掺杂提升了材料费米能级附近的态密度及载流子浓度，有效提升了材料的功率因子，从而获得了高的热电性能ZT=1.07@723 K。相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A（2015, 3, 1010-1016）上；
4) CuInTe2化合物的高热导率一直是提升其热电优值的难题，课题组利用CuInTe2与低密度的TiO2 在高温（~616 K）下发生置换反应成功在CuInTe2热电材料中引入大量弥散分布的In2O3纳米颗粒，形成大量的声子散射中心，使该材料的热导率接近理论的非晶极限值，从而大幅度提高了材料的ZT值（1.47@823 K）。相关成果已被能源材料领域的著名期刊Nano Energy录用（NANOEN-D-15-01202, in press），即将发表。
在磁性材料和一些传统金属材料的制备和研究过程中往往引入磁场，而对于半导体热电材料来说，磁场对其结构及性能的影响则鲜有报道。杨君友教授团队在碲化铋(Bi0.5Sb1.5Te3)热电材料的熔炼凝固过程中施加垂直磁场，通过磁场的作用优化了材料的生长取向，改善了多晶Bi0.5Sb1.5Te3合金的电输运性能；此外，材料的微观结构亦发生明显变化，形成了大量的纳米级共晶碲化铋第二相，增强了界面和第二相对声子的散射，导致Bi0.5Sb1.5Te3合金的热导率急剧降低，从而大幅度提高了多晶Bi0.5Sb1.5Te3材料的热电性能，在323 K时其热电优值ZT可达1.71。相关成果受到审稿人的高度好评，发表在能源材料领域的权威期刊Nano Energy（2015, 15, 709-718）上。
