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热电设备将热量转化为电能，不会产生温室气体排放，并有可能作为可穿戴设备的能源。目前的努力重点是设计既具有高转换效率又具有机械灵活性的材料。半赫斯勒材料（例如 TiNiSn）表现出良好的化学稳定性和热电效率，但它们固有的脆性对柔性设备的应用构成了挑战。在这里，TiNiSn 薄膜在室温下通过直流磁控溅射沉积，以研究它们对柔性设备应用的弯曲响应。因此，考虑了不同的基材：Si、Kapton、丝绸和打印纸，而 Si 被用作参考。分别采用能量色散 X 射线光谱和广角 X 射线散射分析沉积薄膜的成分和结构。通过扫描电子显微镜检查薄膜形态。此外，还采用密度泛函理论 (DFT) 探索柔性基板与非晶态 TiNiSn 之间的界面，并计算柯西压力，这是延展性/脆性行为的关键指标。非晶态 TiNiSn 薄膜对柔性 Kapton、丝绸和纸基板表现出良好的粘附性。施加机械载荷，即弯曲至 154 ◦，以评估裂纹形成，仅在 78 ◦ 和 154 ◦ 处出现少量裂纹，从而表明具有一定程度的柔性。DFT 数据支持这些发现，显示非晶态 TiNiSn 与柔性基板单体之间的粘附强度中等。计算出的柯西压力为 30 GPa，表明 TiNiSn 在非晶状态下具有延展性。因此，替代其他耗时的合成方法、消除对高温的需求以及提供对各种基板具有良好粘附性的无毒且经济高效的材料是非晶态 TiNiSn 薄膜成为柔性热电装置的良好候选材料的原因。
非晶态 TiNiSn 薄膜在热电应用中具有机械柔韧性
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