材料的低导热率是其潜在应用在高性能热电设备中的关键基本参数。在室温下实验可获得今元(GE 1 -x sn x)半导体薄膜的纯度低电导率。在宽松的GE 1 -x Sn X二进制合金中,导热率随着SN浓度的增加而降低,这主要是通过合金通过合金增加原子之间的原子间距离来解释。在宽松的GE 1 -x sn X中,从58 w m -1 k -1中明显降低了20次,从58 w m -1 k -1降低到≈2.5w m -1 k -1,观察到sn含量最高为9%。该热导率仅比最先进的热电材料(胞晶硒酸硒酸盐)高2倍。ge 1-x sn x是一种无毒的组IV型半导体材料,它是使用半导体行业标准表育观生长技术的标准硅晶片上的外延生长的。因此,它可以导致期待已久的高性能低成本热电产生器,用于在人类日常生活中的室温应用,并将为CO 2发射和绿色的电力发电中的全球效果做出重大贡献。
微/纳米结构对热导率的影响是一个具有重大科学意义的课题,对热电技术尤其重要。目前的理解是,结构缺陷主要通过声子散射降低热导率,其中描述热传输时声子色散和声速是固定的,特别是当化学成分不变时。对 PbTe 模型系统进行的实验表明,声速随内部应变的增加而线性减小。这种材料晶格的软化完全解释了晶格热导率的降低,而无需引入额外的声子散射机制。此外,我们表明,高效率 Na 掺杂 PbTe 的热导率降低和随之而来的热电品质因数(zT > 2)的提高主要归因于这种内部应变引起的晶格软化效应。虽然已知非均匀内部应变场会引入声子散射中心,但这项研究表明,内部应变也能平均软化材料晶格,从而改变声速和声子色散。这为控制晶格热导率提供了新途径,超越了声子散射,利用微结构缺陷和内部应变。在实践中,许多工程材料都会表现出软化和散射效应,就像硅中显示的那样。这项研究为能源材料、微电子和纳米级传热领域的热导率研究带来了新的启示。
最近发现的 Zintl 化合物 Yb 10 MnSb 9 是一种热电材料,在成分空间上与 Yb 14 MnSb 11 和 Yb 21 Mn 4 Sb 18 等高性能热电材料非常接近。我们在此测量并报告 Yb 10 MnSb 9 在高达 825K 下的电子和热传输数据。由于晶体结构复杂,这种材料具有超低的热导率。超低的晶格热导率加上比其他 Yb-Mn-Sb 化合物更高的塞贝克系数,导致在 825K 时具有约 0.34 的中等 zT,并且可能通过材料优化在更高的值处达到峰值。我们近似估计带隙约为 0.4 eV,并预计 zT 能够在 725K 时达到高达 0.33 的值(与该温度下的 Yb 14 MnSb 11 相当)使用热电品质因数分析。通过晶界工程提高品质因数 B,该 zT 有可能达到更高的值。这里我们为未来研究改进热电性能提供了建议。这项工作是首次报告这种 Yb 10 MnSb 9 化合物的热导率、带隙和 zT,我们通过与领先的 Yb 14 MnSb 11 材料的比较讨论了这种材料对未来热电研究的影响。
从图 8A 的 SEM 结果中还可以观察到,纯 EP 树脂的断口形貌具有非常光滑的横截面和光滑的结构,呈现出明显的河流状形貌,这是典型的脆性断裂特征,表明纯 EP 树脂表现出有限的力学性能。然而,当添加适当含量的 S-TiO 2 (4.0 wt%) 时,EP 树脂的
Tianyu 等 [24] 报道了一种基于金属液滴的毫米级热开 关 , 如图 7(a) 所示 , 热开关填充热导率相对较高的液
同位素纯化半导体具有更高的热导率(κ),因此散热性能可能比天然的、同位素混合的半导体更好。但对于室温下的 Si 来说,这种好处很低,块状 28 Si 的 κ 仅比块状天然 Si(nat Si)高 ∼ 10 %。我们发现,与这种块体行为形成鲜明对比的是,28 Si(99.92% 富集)纳米线的 κ 比具有相似直径和表面形貌的天然 Si 纳米线高 150 %。使用第一性原理声子色散模型,这种巨同位素效应归因于天然 Si 纳米线中同位素散射和声子表面散射的相互增强,并通过声子传输到原生非晶态 SiO 2 壳层而相关。该信发现了迄今为止报道的所有材料中室温下κ同位素效应最强的材料,并启发了同位素富集半导体在微电子领域的潜在应用。
单向取向结构在增强大孔材料性能方面表现出显著的效率,但难以以省时省钱的方式构建。本文利用一种简便的方法来制造取向大孔陶瓷材料,即采用天然石墨薄片作为易散性材料,并利用累积轧制技术优先使薄片在陶瓷基体内排列。在大孔氧化锆陶瓷中形成了分布均匀的片状至近椭圆形孔隙,通过控制石墨薄片的添加量可以调节其孔隙率和微观结构特征。所得材料表现出良好的性能组合,抗压强度高达 1.5 GPa 以上,超过了大多数其他具有类似孔隙率的多孔氧化锆陶瓷,同时热导率低至 0.92 – 1.85 Wm − 1 ⋅ K − 1 。这项研究为开发具有增强性能的新型定向大孔材料提供了一种简单的方法,并且可以通过轻松的大规模生产来促进其应用。
