Unlocking Room‐Temperature Thermoelectric and Flexibility in Freestanding Single‐Crystalline SnSe Membrane through Metastable‐Phase Engineering

材料科学 热电效应 热电材料 亚稳态 相(物质) 单相 热导率 纳米技术 灵活性(工程) 工程物理 光电子学 复合材料 电气工程 热力学 量子力学 统计 物理 工程类 有机化学 化学 数学
作者
Xingkun Ning,Yongmao Ran,Jiaying Han,Shufang Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (11) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202518193
摘要

Abstract Despite SnSe's high thermoelectric performance, its application in flexible devices is limited by a negligible room‐temperature power factor ( PF ) and poor flexibility from inherent rigidity. Here, first‐principles calculations of Gibbs free energy and phonon spectra for SnSe phases revealed that metastable F m3m‐SnSe exhibits relative stability. Freestanding single‐crystalline metastable F m3m‐SnSe membranes are then fabricated. These membranes exhibit a remarkable room‐temperature PF of 2.39 µW cm −1 K −2 , nearly two orders of magnitude higher than that of stable P nma‐phase SnSe films (0.03 µW cm −1 K −2 ). Notably, the freestanding F m3m‐SnSe membranes demonstrate exceptional mechanical robustness: they spontaneously curl into tubular architectures and retain over 80% of their electrical conductivity after 200 bending cycles (bending radius: 12 mm). Microstructural analyses confirm polycrystalline P nma‐SnSe films suffer from grain boundary cracking under bending due to stress concentration, but single‐crystal F m3m‐SnSe membranes—without grain boundaries to concentrate stress—exhibit better flexibility and resistance to cracking. This work establishes freestanding single‐crystalline metastable F m3m‐SnSe as a highly efficient and flexible thermoelectric material and provides a fundamental strategy for designing room‐temperature SnSe‐based self‐powered flexible electronics.
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