对可持续清洁能源的需求推动了热电 (TE) 材料的发展,这种材料可将热能直接转化为电能并实现分布式冷却。[1–3] 能量转换效率通过无量纲性能系数 zT = S 2 σ T / ( κ ele + κ lat ) 来衡量,其中 S 、σ 、T 、κ ele 和 κ lat 分别为塞贝克系数、电导率、绝对温度、电子热导率和晶格热导率。[4–8] 尽管 zT 的表达式看起来很简单,但增加其值却是一项艰巨的任务。具体而言,虽然在半导体中通常获得较高的 S,但在金属中会发现较大的 σ ,而在非晶态材料中会实现较低的 κ lat 。[6,9] 这已经表明优化要求很复杂。显然,相关优化参数 S 、 σ 和 κ ele 紧密相关。这阻碍了 zT 的改善和优质热电材料的识别。因此,
自旋电子学应用基于半金属性。这是一种新兴现象,指化合物在一个自旋通道中表现出金属性质,而在相反的自旋通道中表现出绝缘或半导体性质。6 半金属 (HM) 化合物于 1980 年被发现,在过去十年中,人们在理论和实验上对自旋注入进行了广泛的研究。7 – 12 这是一种普遍存在的现象,已在多种其他材料中观察到,包括 Heusler 合金、过渡金属氧化物和稀磁半导体 13 – 19 HM 的自旋相关独特性质为构建新型设备提供了机会,例如磁传感器和非挥发性磁性随机存取存储器,它们在自旋极化和微电子的综合作用下运行。20,21
完整作者名单:袁鲲鹏;大连理工大学;张晓亮;大连理工大学能源与动力工程学院;常政;大连理工大学能源与动力工程学院;唐大伟;大连理工大学能源与动力工程学院;胡明;南卡罗来纳大学机械工程学院
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。
通过烧结机械合金化的 Fe 和 Si 粉末与 Mn、Co、Al、P 作为 p 型和 n 型掺杂剂,制备了添加了 B 4 C 纳米粒子的 β-FeSi 2 。随后将固结样品在 1123 K 下退火 36 ks。退火后烧结物的 XRD 分析证实了从 α 和 ε 几乎完全转变为热电 β-FeSi 2 相。样品表面的 SEM 观察结果与衍射曲线相符。TEM 观察结果显示 B 4 C 纳米粒子均匀分布在材料中,没有可见的聚集体,并确定了晶粒尺寸参数 d 2 < 500 nm。所有掺杂剂都有助于降低热导率和塞贝克系数,其中 Co 对提高与参考 FeSi 2 相关的电导率的影响最大。结合添加 Co 作为掺杂剂和 B 4 C 纳米粒子作为声子散射体,Fe 0.97 Co 0.03 Si 2 化合物的无量纲性能系数 ZT 在 773 K 时达到 7.6 × 10 –2。将所检测的烧结物与之前制造的相同化学计量但不添加 B 4 C 纳米粒子的烧结物的热电性能进行比较,发现它们总体上具有负面影响。关键词:二硅化铁、纳米粒子、热电材料
通过烧结机械合金化的 Fe 和 Si 粉末与 Mn、Co、Al、P 作为 p 型和 n 型掺杂剂,制备了添加了 B 4 C 纳米粒子的 β-FeSi 2 。随后将固结样品在 1123 K 下退火 36 ks。退火后烧结物的 XRD 分析证实了从 α 和 ε 几乎完全转变为热电 β-FeSi 2 相。样品表面的 SEM 观察结果与衍射曲线相符。TEM 观察结果显示 B 4 C 纳米粒子均匀分布在材料中,没有可见的聚集体,并确定了晶粒尺寸参数 d 2 < 500 nm。所有掺杂剂都有助于降低热导率和塞贝克系数,其中 Co 对提高与参考 FeSi 2 相关的电导率的影响最大。结合添加 Co 作为掺杂剂和 B 4 C 纳米粒子作为声子散射体,Fe 0.97 Co 0.03 Si 2 化合物的无量纲性能系数 ZT 在 773 K 时达到 7.6 × 10 –2。将所检测的烧结物与之前制造的相同化学计量但不添加 B 4 C 纳米粒子的烧结物的热电性能进行比较,发现它们总体上具有负面影响。关键词:二硅化铁、纳米粒子、热电材料
完整作者列表:Ozen,Melis;科克大学科学与工程研究生院;科克大学硼与先进材料应用与研究中心 Yahyaoglu,Mujde;科克大学科学与工程研究生院;科克大学硼与先进材料应用与研究中心 Candolfi,Christophe; Jean Lamour 研究所,Veremchuk,Igor;马克斯普朗克固体化学物理研究所,凯撒,菲利克斯;马克斯普朗克固体化学物理研究所、化学金属科学 Burkhardt,Ulrich; MPI CPfS,化学冶金学 Snyder,G.;西北大学,材料科学 Grin,Yuri; MPI CPfS,化学金属科学 Aydemir,Umut;科克大学化学系,化学;科克大学硼与先进材料应用与研究中心
摘要:热电材料早已被证明能有效地将热能转化为电能,反之亦然。自从半导体被用于热电领域以来,人们做了大量工作来提高它们的效率。它们的热电物理参数(塞贝克系数、电导率和热导率)之间的相互关系需要特殊的调整,才能最大限度地提高它们的性能。在开发热电性能的研究中,已经报道了各种方法,包括掺杂和合金化、纳米结构和纳米复合。在不同类型的热电材料中,层状硫族化物材料是具有独特性能的独特材料。它们具有低的自热导率,并且它们的层状结构使它们易于修改以提高其热电性能。在这篇综述中,提供了热电概念的基本知识以及提高性能系数的挑战。文中简要讨论了不同组层状硫属化物热电材料的结构和热电性能。文中还介绍了文献中用于提高其性能的不同方法以及该领域的最新进展。文中重点介绍了石墨烯作为层状硫属化物材料基质的有前途的纳米添加剂,并展示了其对提高其性能系数的影响。
自供电可穿戴电子设备需要热电材料同时具有高的无量纲性能系数(zT)和良好的灵活性,以便将人体排出的热量转化为电能。Ag2(S,Se)基半导体材料可以很好地满足这些要求,因此,它们最近在热电界引起了极大的关注。Ag2(S,Se)结晶为正交结构或单斜结构,具体取决于具体的S/Se原子比,但其晶体结构与机械/热电性能之间的关系迄今为止仍不清楚。在本研究中,制备了一系列Ag2Se1‐xSx(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4 和 0.45)样品,并系统地研究了它们的机械和热电性能对晶体结构的依赖性。 Ag 2 Se 1-x S x 体系中 x = 0 : 3 被发现是正交结构和单斜结构之间的过渡边界。力学性能测量表明,正交 Ag 2 Se 1-x S x 样品易碎,而单斜 Ag 2 Se 1-x S x 样品延展性好且柔韧。此外,在相当的载流子浓度下,正交 Ag 2 Se 1-x S x 样品比单斜样品表现出更好的电传输性能和更高的 zT,这很可能是由于它们的电子-声子相互作用较弱。这项研究为柔性无机 TE 材料的进一步发展提供了启示。
近年来,热电效应引起了材料科学、固体物理和化学领域的广泛关注。实际上,固态热电转换为能量收集和冷却提供了一种有前途的解决方案[1]。此外,研究热电现象对于理解固体材料中准粒子的基本传输行为也很重要[2]。材料的热电效率用性能系数zT=S2T/ρκ来衡量,其中S、T、ρ和κ分别是热电势、绝对温度、电阻率和热导率。S2/ρ称为热电功率因数。虽然表达式很简单,但获得高zT是一项具有挑战性的任务,因为这些传输参数是相互关联的。作为一项艰巨的任务,我们需要计算材料的热电效率,以确定材料的热电效率。