中科院上海硅酸鹽研究所研究員李國榮團隊通過晶粒及晶界缺陷設計的方法，成功消除了ZnO晶界處的肖特基勢壘，制備出高導電的ZnO陶瓷，其室溫下的電導率高達1.9×105 Sm-1；同時缺陷設計也降低了材料的晶格熱導率，使該陶瓷呈現良好的高溫熱電性能，其在980K的功率因子達到了8.2×10-4 W m-1 K-2，較無缺陷設計的ZnO陶瓷提高了55倍。相關研究成果日前發表于《材料學報》。

    據悉，三價施主摻雜常常被用來提高ZnO材料的導電性，但是由于三價元素如Al3+在ZnO中的固溶度有限，導致電導率無法大幅提高；同時ZnO陶瓷中由于其本征缺陷而導致的晶界肖特基勢壘也進一步降低了其電導率。因此，提高晶粒電阻，同時消除晶界肖特基勢壘是ZnO導電及熱電材料研究領域的難點問題。

    研究人員在高電導ZnO陶瓷的制備以及晶界勢壘的調控方面進行了創新性探索：通過還原性氣氛燒結，成功消除了ZnO晶界處的受主缺陷，使其晶界處的肖特基勢壘消失。同時，還原性氣氛燒結也提高了三價施主摻雜元素在ZnO晶粒中的固溶度，使材料的載流子濃度和遷移率均得到大幅提高。

    該項研究還通過高分辨透射電鏡、陰極發光發射譜及電子背散射衍射等多種表征手段進一步證實了受主摻雜后晶粒晶界缺陷分布情況，發現摻雜在ZnO陶瓷的晶粒中引入大量缺陷，可同時降低ZnO的晶格熱導，成功實現了其電學性能和熱學性能的單獨調控，在導電及熱電陶瓷中有較好的應用前景。