哈工大全媒体（李双余 宫裕祥/文 宫裕祥/图）近日，我校材料科学与工程学院隋解和、刘紫航教授联合德国亚琛工业大学余愿教授团队，针对n型Mg₃(Sb,Bi)₂热电材料长期稳定性关键科学问题开展研究，在实空间尺度揭示该材料在室温惰性环境条件下的本征老化行为及机理。相关研究成果以《n型Mg₃(Sb,Bi)₂热电材料本征老化的实空间可视化》（Real-space visualization of the intrinsic aging in n-type Mg₃(Sb,Bi)₂ thermoelectrics）为题发表于《物理评论X》（Physical Review X）上。

材料长期稳定性评价的研究多侧重于材料抵御外界环境扰动（如温度交变、化学侵蚀、机械载荷等）的能力。然而，对于亚稳态材料而言，在无外部环境刺激条件下，其内部本征缺陷的弛豫过程是否导致性能退化，仍是尚未深入研究的关键基础科学问题。本研究联合多种先进表征手段与理论模拟计算，对室温无氧无湿惰性气氛中长期贮存的n型Mg₃(Sb,Bi)₂材料，实现了本征老化过程的原位追踪与可视化表征。富镁亚稳态n型Mg₃(Sb,Bi)₂即使在完全隔绝外界环境干扰的条件下，其内部缺陷仍随存放时间发生弛豫；镁元素由晶粒内部向贫镁晶界区域发生再分布，晶界作为镁元素的快速迁移通道，与贫镁表面共同捕获迁移的镁原子，导致晶粒内部镁空位浓度持续升高，最终诱发热电性能的衰减。

研究发现，功能材料长期性能的演化行为不仅受外部环境条件的制约，更受到材料内部本征缺陷弛豫过程的调控。该工作将热电材料可靠性研究从传统环境耐受性评价拓展至本征缺陷动力学层面，建立了缺陷热力学/动力学特性与材料热电性能演变之间的内在关联，深化了对热电材料长期失效机制的认知。研究成果为高可靠热电材料的开发及其他亚稳态功能材料的稳定性优化提供了理论依据与新的研究范式。

图a 氩气保护条件下储存不同时间后，Mg₃(Sb, Bi)₂的热电优值（ZT）和霍尔载流子浓度（n_H）随温度的变化

图b Mg₃(Sb, Bi)₂中Mg迁移—再分布的本征老化机制示意图

哈工大为论文第一署名单位。隋解和教授、刘紫航教授、余愿教授为论文共同通讯作者。哈工大材料科学与工程学院博士生宫裕祥、曲诺，亚琛工业大学博士生苏玛雅（Sumayya）为论文共同第一作者。该研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/gl3r-hxtm