中科院上海硅酸盐研究所研究员李国荣团队通过晶粒及晶界缺陷设计的方法，成功消除了ZnO晶界处的肖特基势垒，制备出高导电的ZnO陶瓷，其室温下的电导率高达1.9×105 Sm-1；同时缺陷设计也降低了材料的晶格热导率，使该陶瓷呈现良好的高温热电性能，其在980K的功率因子达到了8.2×10-4 W m-1 K-2，较无缺陷设计的ZnO陶瓷提高了55倍。相关研究成果日前发表于《材料学报》。

据悉，三价施主掺杂常常被用来提高ZnO材料的导电性，但是由于三价元素如Al3+在ZnO中的固溶度有限，导致电导率无法大幅提高；同时ZnO陶瓷中由于其本征缺陷而导致的晶界肖特基势垒也进一步降低了其电导率。因此，提高晶粒电阻，同时消除晶界肖特基势垒是ZnO导电及热电材料研究领域的难点问题。

研究人员在高电导ZnO陶瓷的制备以及晶界势垒的调控方面进行了创新性探索：通过还原性气氛烧结，成功消除了ZnO晶界处的受主缺陷，使其晶界处的肖特基势垒消失。同时，还原性气氛烧结也提高了三价施主掺杂元素在ZnO晶粒中的固溶度，使材料的载流子浓度和迁移率均得到大幅提高。

该项研究还通过高分辨透射电镜、阴极发光发射谱及电子背散射衍射等多种表征手段进一步证实了受主掺杂后晶粒晶界缺陷分布情况，发现掺杂在ZnO陶瓷的晶粒中引入大量缺陷，可同时降低ZnO的晶格热导，成功实现了其电学性能和热学性能的单独调控，在导电及热电陶瓷中有较好的应用前景。（来源：中国科学报 黄辛）