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近日，星空体育app下载 杨浩教授团队与中国科学院物理研究所梁文杰研究员和李国栋副研究员团队合作，发展了一种可对固体材料的本征发射率进行精密测量的方法。相关研究成果以《In Situ Measurement of Full-Spectrum Emissivity for Thermoelectric Materials below Room Temperature》为题发表在《Advanced Energy Materials》上。

论文第一作者为南航星空体育app下载 和中国科学院物理研究所联合培养博士生葛一璇，论文通讯作者为南航星空体育app下载 杨浩教授、中国科学院物理研究所李国栋副研究员、梁文杰研究员。

热电材料是一种能够实现热能和电能直接转换的功能材料，其在固态制冷和温差发电领域具有广泛的应用。其性能通过无量纲优值zT=S²T/rk进行评估，而zT中的热导率参数（k）测量因对辐射热损耗高度敏感面临严峻挑战，辐射损耗与材料发射率直接相关。然而，受限于现有测量方法，大多数热电材料仍缺乏可靠的发射率数据。发射率精确测量受材料、制备工艺及表面状态共同影响，导致样品间存在显著个体差异。若在热导率修正中忽略辐射项，或直接借用异样品的辐射率数据，都将导致测量结果严重失准。而现有光学方法受限于长波红外信号的探测能力，当处于低温区且黑体辐射峰发生红移时，这一技术局限尤为突出。热辐射校正是热电测量（尤其是器件性能评估）中的核心难题。尽管国际上曾致力于建立统一的热电效率测量标准，终因各方差异悬殊而未果。

针对上述问题，研究团队提出了一种创新的原位测量方法作为解决方案。该方法通过重构热导率测试中的热边界条件，在真空悬浮样品结构中建立了可控加热与辐射散热之间的热平衡，从而无需假设或独立测量，即可在160–300 K的宽温区内直接获取材料全光谱发射率的精确数据。

研究团队首次系统测量了典型热电材料的发射率，在300K时N型Bi₂(Te,Se)₃与P型(Bi,Sb)₂Te₃的发射率分别为0.65和0.66。同时，通过对镀金前后标准石英样品的对比实验，进一步验证了该方法在不同材料体系与表面条件下的普适性与鲁棒性。实验结果表明，该方法的测量精度高达±4%，且与COMSOL模拟结果高度吻合。

研究进一步揭示，传统光谱法因难以有效探测长波红外信号，导致发射率测量出现显著偏差；同时，不同表面粗糙度的样品间发射率差异可超过23%。这两项发现共同表明了表面状态对辐射特性的决定性影响，也印证了在相同条件下对同一样品进行原位测量的重要性。因此，本研究发展的方法对于提升热导率测量准确性、推动热电材料精确表征具有关键价值。在300 K下，未经辐射校正的热导率测量值（约1.8 W·m⁻¹K⁻¹）因忽略辐射热损耗而显著低估材料真实性能；经校正后，材料的真实热导率约为1.3 W·m⁻¹K⁻¹，表明原始测量值被高估近40%。该偏差会导致热电优值被严重低估，这证明了辐射校正对于准确评估热电性能是不可或缺的。本研究聚焦的160–300 K温区恰为热电制冷器件的核心工作区间，所建立的校正方法不仅具有物理原理坚实，更具备直接的技术适用性与广阔的推广前景。因此，这项研究发展的精准测量技术，为提升热电材料热物性参数的评估准确性提供了强有力工具，对推动高性能热电材料的研发具有重要价值。

图a) 辐射系数原理示意图；b）实物图；c) N型和P型碲化铋基热电材料的辐射系数-温度图；d) 镀金前后石英的辐射系数-温度图；e） 不同粗糙度的P型辐射系数-温度图；f) N型和P型修正前后热导率结果（左轴）；N型和P型热辐射修正占比（右轴）。

该研究获得了国家自然科学基金和科技部重点研发计划支持。 

文章链接：//doi.org/10.1002/aenm.202504698