2022年4月Research在线发表了安徽大学电镜中心葛炳辉教授团队程峰副教授的最新研究成果“原子尺度研究范徳瓦尔斯力对热电材料PbTe表面相变的调控”（In Situ Investigation of the Phase Transition at the Surface of Thermoelectric PbTe with van der Waals Control）。
研究背景
热电材料表面结构对热电材料的电学、热学性能都有着重要的影响，且材料表面高密度的悬挂键对材料稳定性密切相关。
高的表面能量导致材料在表面更容易发生相结构的转变，且相比于内部环境，表面原子有更高的空间自由度，因此在热力学作用下表面结构的转变表现出独特的“个性”。
研究进展
在最新研究中，该团队通过高分辨率的球差矫正透射电镜结合原位热电样品杆，成功探究了PbTe热电材料在高温下的表面结构转变机制，从原子尺度对PbTe热电材料结构稳定性及相转变过程中范德瓦尔斯力、尺寸效应的影响进行了详细描述，并针对于相变过程中形核、生长等阶段进行了细致分析。
研究结果表明：热电材料PbTe的表面结构在加热以及电子束辐照影响下会出现相转变，新形成的相以立方体或者长方体的形式开始形核，且在生长过程中晶核逐渐由立方体或者长方体转变为具有更为复杂几何结构的多面体以降低表面能（图1）。
图1 PbTe热电材料表面形核与几何结构转变
表面颗粒之间受到范德瓦尔斯力的作用，且结合表面结构中高空间自由度的影响，表面颗粒会聚集移动，生长成为更大尺寸的颗粒，且在此过程中主要受到范德瓦尔斯力的调控（图2）。
图2 范德瓦尔斯力作用下材料生长
未来展望
该工作通过透射电镜原位技术实时观察热电材料PbTe在热力学作用下的表面结构转变过程，并通过原位研究直接证明了范德瓦尔斯力对材料相结构转变中的不可忽视的作用，对于晶体生长、相变机制的探究以及热电材料表面工程调控等方向具有重要的指导意义。
该工作得到了国家自然科学基金（11874394），安徽省自然科学基金（2008085QA41, 2008085QA27）、安徽省高校协同创新计划（No. GXXT-2020-003）、新磁性感知材料与器件2020年领军人才培养等项目资助。
作者简介
葛炳辉，安徽大学教授，电镜中心主任，皖江学者特聘教授，Research副主编。
主要从事：1）球差矫正电子显微学方法，像衬理论，电子晶体学方法研究；2）原位电子显微学：3）利用球差矫正电镜表征催化剂，热电材料和高温合金等材料微观结构，探索材料构效关系。
近五年材料表征方面研究工作主要发表在EES，Joule，Nature communications，Advanced Materials，Angewandte等顶级杂志；电镜方面工作发表在Ultramicroscopy，Microscopy and Microanalysis，Microscopy等期刊。
程峰，安徽大学副教授。
主要从事方向：1）原位电子显微学；2）材料结构与性能关系表征；3）半导体异质结构电子全息。
相关研究涉及热电材料缺陷结构性能关系，热电材料结构相变，纳米材料结构稳定性及形核生长机理等。
近五年在电子显微学方面研究工作主要发表在Nano Energy，Advanced Science，Chemical Engineering Journal等杂志。