本文档属于类型a（单篇原创研究论文），以下是针对该研究的学术报告：
高性能Ag₂Se基热电材料通过塑性加工提升可恢复弯曲性能的研究
一、作者及发表信息
本研究由同济大学材料科学与工程学院跨学科材料研究中心的Wenjun Ding、Xinyi Shen、Ziyan Li（共同一作）及通讯作者Jun Luo、Wen Li、Yanzhong Pei团队完成，合作单位包括上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室。论文发表于ACS Energy Lett.期刊（2024年9卷，5483-5491页），于2024年10月22日在线发布，标题为《Enhancing Recoverable Bendability in High-Performance Ag₂Se-Based Thermoelectrics Through Plastic Processing》。
二、学术背景
研究领域：柔性热电材料与器件，聚焦于无机热电薄膜的弹性弯曲性能优化。
研究动机：可穿戴电子设备对可持续电源的需求推动柔性热电发电机（flexible thermoelectric generators, f-TEGs）的发展。传统无机热电材料（如Bi₂Te₃）虽功率因子（power factor, PF）高，但脆性大；有机热电材料（如PEDOT:PSS）柔性佳但PF低。如何兼顾高功率输出与弹性可弯曲性成为关键挑战。
科学问题：
1. 如何通过工艺优化保留块体材料的优异热电性能？
2. 如何通过微观结构设计提升材料的弹性应变极限？
研究目标：开发一种基于塑性加工（plastic processing）的通用方法，制备兼具高PF和超强弹性恢复能力的Ag₂Se₁₋ₓSₓ薄膜，并验证其在柔性器件中的应用潜力。
三、研究流程与方法
1. 材料制备与表征
- 样品合成：采用熔融-退火法制备Ag₂Se₁₋ₓSₓ（x=0–0.3）块体，通过多道次热轧（multipass hot-rolling，∼393 K）将其减薄至不同厚度（36–47 μm）。
- 结构分析：X射线衍射（XRD）确认正交相（x≤0.25）与单斜相（x=0.3）共存；差示扫描量热法（DSC）测定相变温度随硫含量降低。
- 性能测试：霍尔效应测量载流子浓度（nₕ），单抛物带模型（SPB）拟合Seebeck系数（S）和迁移率（μₕ），PF计算为S²/ρ。
2. 塑性加工与微观调控
- 热轧工艺：在393 K下软化材料，通过塑性变形引入高密度位错（∼10¹⁴ m⁻²，电子背散射衍射/EBSD验证）并细化晶粒（扫描电镜/SEM观测）。
- 力学性能：纳米压痕测试显示热轧后屈服强度提升至210 MPa（未轧制样品为100 MPa），弹性应变显著增加。
3. 柔性器件组装与测试
- 电极优化：采用金层金属化薄膜表面，与100 μm银电极形成欧姆接触，界面接触电阻率（ρ_c） mΩ·cm²，低于文献报道值。
- 器件性能：六腿柔性器件在ΔT=76 K时最大输出功率（P_max）达157 μW，比功率密度（specific power density）为5 μW/cm·K²，优于已报道柔性器件。
- 弯曲测试：薄膜在半径3 mm下弯曲10万次后，Seebeck系数与电阻率完全恢复，证实弹性可恢复性。
四、主要结果与逻辑链条
- 热电性能保留：热轧薄膜的PF（>15 μW/cm·K²）与块体相当，归因于高结晶度和低缺陷浓度（图1d）。
- 弹性应变提升：硫掺杂（Ag₂S）引入弱Ag-S键，降低弹性模量；位错和细晶强化协同提高屈服强度（图2d），使47 μm厚薄膜可承受3 mm弯曲半径。
- 器件性能验证：低接触电阻和弹性设计使器件在反复弯曲后性能稳定（图4），比功率密度达领域领先水平（图5d）。
五、结论与价值
科学意义：
- 提出“塑性加工+微观调控”策略，首次实现无机热电薄膜的高弹性应变（>1%）与性能可恢复性。
- 阐明硫掺杂与位错工程对弹性性能的协同作用机制。
应用价值：
- 为可穿戴设备提供功率密度高、耐久性强的柔性电源解决方案。
- 热轧工艺具备规模化生产潜力，推动无机柔性热电材料的产业化。
六、研究亮点
- 创新方法：多道次热轧实现块体材料直接薄膜化，避免传统沉积法的性能损失。
- 性能突破：弹性弯曲次数（10万次）和比功率密度（5 μW/cm·K²）均创纪录。
- 普适性：该方法可扩展至其他脆性无机热电材料体系。
七、其他价值
- 补充实验证实薄膜的热稳定性（373–473 K退火后性能不变）和晶体取向各向同性（图S6）。
- 通过有限元分析优化器件结构，降低热损耗（支持信息图S13–S19）。
（全文完）