热电与地球丰富的元素:高性能p型PbS纳米结构与SrS和CaS
Li-Dong Zhao1, Jiaqing He, Chun-I Wu
1Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, Illinois 60208, USA.
Journal of the American Chemical Society
|April 17, 2012
概括
我们使用丰富的元素开发了高性能纳米结构硫化物 (PbS) 热电器. 兴奋剂增强了功率因子,而硫化 (SrS) 或硫化 (CaS) 的添加降低了导热率,达到高的ZT值.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 热电学是一种热电学.
背景情况:
- 热电材料将热量转化为电力,提供可持续的能源解决方案.
- 硫化 (PbS) 是地球上丰富的材料,具有热电应用的潜力.
- 提高热电性能需要优化电气和热传输特性.
研究的目的:
- 为了提高纳米结构的p型PbS的热电性能.
- 为了研究 (Na) 兴奋剂对电气性能的影响.
- 通过添加硫化 (SrS) 或硫化 (CaS) 来降低网格导热率.
主要方法:
- 通过Na兴奋剂合成纳米结构的p型PbS.
- 添加SRS或CaS以形成纳米结构/固体溶液材料.
- 使用传输电子显微镜 (TEM) 进行表征.
- 测量热电性质 (功率系数,哈尔系数,导热率).
- 使用修改后的卡拉威模型进行理论计算.
主要成果:
- 纳兴奋剂将n型PbS切换为p型,在>723K时达到最大功率系数9.0μWcm(-1) K(-2) 的功率系数.
- 在强度兴奋的p型PbS中没有观察到重孔带,这表明单一带模型.
- 添加SrS或CaS在723K时将网格导热率降低了50%左右.
- 在 923 K. 达到高达 1.22 (用 SrS) 和 1.12 (用 CaS) 的 ZT 值
- 样品在回火后表现出极好的热稳定性.
结论:
- 纳米结构的p型PbS与Na doping和SrS/CaS添加显示了高的热电性能.
- 纳米结构和点缺陷都有效地分散声子,降低热导率.
- 这种材料为现有的高性能热电材料提供了强大的,低成本的替代品.
