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超低熱導率在諸如電磁學、熱障涂層等各種應用領域中引起了極大的關注。在此，BiplabK.等人在Angew Chem Int Ed.中報道了一種Cu4TiSe4的晶體結(jié)構(gòu)和傳輸性能。Cu4TiSe4是無毒且低成本的特殊材料，其在室溫下顯示出的晶格超低熱導率。異常低的熱導率的主要與原子晶格及其動力學有關。晶格熱導率（kL）的超低值可能與其自身的一部分與Se原子雜化的Cu說產(chǎn)生的局部模態(tài)有關，這避免了到達區(qū)域邊界的聲子模的交叉的現(xiàn)象導致的頻率降低的現(xiàn)象。就像聲子玻璃電子晶體一樣，Cu4TiSe4也可以為尋找有效的熱電材料開辟道路，即使使用具有相對較高電阻率和較大帶隙的硫族化物，只要它們的結(jié)構(gòu)提供帶有輕鍵合陽離子的亞晶格即可。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014222

本論文重新研究了最近發(fā)現(xiàn)的三元硒化銅鈦Cu4TiSe4。與以前的報告相反，Cu4TiSe4使中心對稱空間群P4?3m（cP9）結(jié)晶，并采用Cu3VSe4結(jié)構(gòu)（cP8）類型，在（0 0 0）處有一個額外的Cu位，并且在室溫X射線衍射實驗中沒有觀察到超晶格的跡象，而在室溫結(jié)構(gòu)顯示銅位置的位置無序，這與以前的報告有所不同。Cu4TiSe4顯示出大約1.50 eV的高光學帶隙，該化合物在室溫下顯示出令人驚訝的高電阻率，即約102。另外，在室溫下發(fā)現(xiàn)總熱導率（kT）低至。這項主要結(jié)果是由于具有低截止頻率的強光聲耦合和牢固結(jié)合的Ti-Se共價鍵構(gòu)架與由Cu +陽離子（本征響尾聲）組成的弱結(jié)合離子亞結(jié)構(gòu)互鎖從而使熱導率與玻璃相似來實現(xiàn)的。

圖.1 晶格參數(shù)為a = 5.6458Å的立方晶胞的倒數(shù)空間視圖（hk0）。單個晶格清晰可見（黑色）而且沒有任何上部結(jié)構(gòu)反射。

圖2.Cu4TiSe4的晶胞在晶胞中心放置Ti部位。Ti和Se原子分別由藍色和紅色球形表示。顯示了圍繞Cu3（0,0,0）的四個折疊的銅位（Cu2）。Cu1，Cu2和Cu3分別以橙色，淺綠色和深綠色表示。

圖3光學帶隙測量的Tauc圖。其中（a）Cu4TiSe4的直接帶隙和(b)間接帶隙

圖4（左）導熱系數(shù)與溫度的關系圖；(右)在溫度范圍（4K至310K）內(nèi)純Cu4TiSe4相樣品的電阻率與溫度的關系圖。 

圖5。室溫下具有超低熱導率的材料的摘要

圖6Cp / T vs 圖

圖7(a)電子能帶擴散和原子投射（有色）/狀態(tài)的總密度（黑色）示意圖，（b）由無序Cu4TiSe4結(jié)構(gòu)生成的超級電池（2x2x1）的聲子能帶擴散示意圖

圖8. (a)帶有原始單元的有序Cu4TiSe4（Cu（1a和3c棕色），Se（4ered）和Ti（1b-藍色）原子）的電子能帶結(jié)構(gòu)示意圖。(b)Phonon能帶結(jié)構(gòu)（左圖）和部分密度有序Cu4TiSe4的狀態(tài)（右面板）。對稱的唯一銅原子Cu-1a和Cu-3c的狀態(tài)的預計密度（中圖），（c）聲群速度（υ），（d）格魯尼森參數(shù)（γ）作為頻率（ω）的函數(shù)繪制，以及（e）使用Debye Callaway形式計算的晶格熱導率的結(jié)果。 

結(jié)語

Cu4TiSe4由于其無毒和由低成本的富含地球的元素制造，因此在熱涂層材料和太陽能電池吸收器領域都可能具有重要意義。像聲子玻璃電子晶體一樣，具有超低kL值的Cu4TiSe4也可以為發(fā)現(xiàn)高效熱電材料方向開辟道路。即使是具有較高電阻率和較大帶隙的化合物（尤其是硫族化物）也應重新研究，只要它們的結(jié)構(gòu)提供帶有輕鍵合陽離子的亞晶格。