微型热电发电机是一种能够将热能直接转换为电能的微纳器件，在可持续能源收集、物联网设备、可穿戴电子、无线传感网络及植入式医疗设备等领域具有重要的应用前景。随着微电子系统日益小型化和集成化，提升微型热电发电机的性能成为其实际应用的关键挑战，其中比功率发电容量是与工程应用直接相关的核心性能指标。然而，传统热电材料在微纳尺度下常面临电导率下降、热电效应减弱、经典与量子尺寸效应显著等问题，导致相应的微型热电发电机比功率发电容量长期受限。

近日，西南大学、华中科技大学及重庆大学的研究团队协同攻关，在面向微型热电发电机的新材料研发领域取得重要进展。研究团队采用“高熵鸡尾酒策略”，成功制备出基于FeCoNi-Pt磁性中熵合金薄膜的微型热电发电机，其比功率发电容量达到约5000 μW cm^-2 K^-2，较此前报道的最高值提升超过一个数量级。相关成果以题为《Giant Specific Power Generation Capacity of Micro-Thermoelectric Generators Enabled by High-Entropy Cocktail Strategy》发表于材料科学领域顶级期刊《Advanced Materials》。西南大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。

研究团队通过实验与理论计算相结合，验证了“高熵鸡尾酒策略” 提升比功率发电容量的有效性。通过系统优化FeCoNi-Pt磁性薄膜薄膜组分和厚度，在纳米尺度下同时实现了高反常能斯特系数（> 1.4 μV K^-1）与低电阻率（< 85 μΩ cm），从而获得了创纪录的比功率发电容量值。深入的物理机制解析表明，该协同优化得益于中高熵合金中独特的“鸡尾酒效应”，即通过多种主元元素协同调控材料的电子能带结构，显著增强了费米能级附近的能带展宽、态密度和贝里曲率。这使得材料的载流子平均自由程调控至约3 nm，同时载流子浓度高达约10²³ cm^-3，反常能斯特电导率优于1.7 A m^-1 K^-1。即使薄膜厚度仅为数纳米，材料仍保持优异的导电与热电性能。此外，该材料体系与现有硅基CMOS和MEMS工艺兼容，展现出良好的产业化前景。

这项工作为发展高性能、可集成的微能源热电转换器件提供了新思路和候选材料。未来，团队将进一步探索该类磁性中高熵合金在微能源收集、自供电传感等领域的应用潜力，推动其走向实用化与系统集成。

论文的最后通讯作者为西南大学物理科学与技术学院卢玉明副教授，共同通讯作者还包括西南大学材料与能源学院王中长教授、重庆大学量子材料与器件研究中心孙阳教授以及华中科技大学物理学院张佳教授。研究工作获得了国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202520782

初审：周钰青

复审：赵建伟

终审：吴正茂