热电材料以其独特的热能-电能转换能力，在环境友好型制冷器或发电器研发领域备受关注。碲化铋基合金因具有无可比拟的低温热电性能，成为了唯一商业化应用的热电材料。目前，基于5G光通讯、生物医学等领域的应用需求，热电材料需要向轻量化、微型化发展。但是，碲化铋晶体独特的五原子层周期排列结构使得材料表现出显著的本征脆性，产生机械强度低、加工性能差等问题，难以加工制备成微型器件。

近日，哈尔滨工业大学隋解和教授课题组和西安交通大学武海军教授课题组合作在Advanced Science上发表 “Nanotwins Strengthening High Thermoelectric Performance Bismuth Antimony Telluride Alloys”（DOI: 10.1002/advs.202200432）。揭示了p型Bi_0.4Sb_1.6Te₃合金中孪晶形成机制及形成条件，并通过减少Te元素比例和引入强机械变形在Bi_0.4Sb_1.6Te₃合金中构建高密度的纳米孪晶，将材料的室温压缩强度提高到250 MPa（如图一所示），成功实现材料微米尺度的切割加工。并且Te含量减少可以起到抑制本征激发的作用，将合金30 ~ 250℃温度范围内的平均zT值提高到1.0以上，实现机械强度和热电性能的同步提升。

在本工作中，西安交通大学武海军教授课题组的主要切入点，即球差矫正透射电子显微镜观测技术及相关定量分析手段，对观察孪晶微观结构、进而揭示其内在形成机制起到了决定性作用。在间距更宽的孪晶界上观察到了Bi/Sb间隙原子的存在，并在其附近基体内利用衬度起伏确定了缺Te纳米团簇（如图二所示）；此外，孪晶从形貌上表现出退火孪晶而非形变孪晶的特征，即确定了孪晶形成于烧结过程。后续通过密度泛函理论计算从层错能的角度讨论了Te含量对孪晶形成的影响。

上述研究工作得到了国家自然基金面上项目（No. 52172128）、国家重点研发计划（No. 2021YFB3201100）、西交大青年拔尖计划等的支持，感谢我校分析测试共享中心的鼎力支持。