紧张的叶片结构导致Mg3Sb1.5Bi0.5的热电性能得到改善
Nirma Kumari1, Namit Pai1, Vikram Chavan1
1Department of Metallurgical Engineering and Materials Science, Indian Institute of Technology Bombay, Mumbai 400 076, India.
ACS applied materials & interfaces
|September 29, 2023
概括
在抗- (Mg3Sb2-xBix) 固体溶液中微观结构的修改显著降低了晶格导热率,提高了高达25%的热电性能,而不会影响电气性能.
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:
- 抗氧化物-双 (Mg3Sb2-xBix) 固体溶液是中温应用的热电材料.
- 它们的性能与复杂的带结构和声子散射有关,但微结构的作用不太了解.
研究的目的:
- 研究微观结构,特别是状结构对Mg3+xSb1.5Bi0.5.5的热电特性的影响.
- 为了将微观结构特征与晶格导热率和整体热电功率 (zT) 相对应.
主要方法:
- 合成 Mg3+xSb1.5Bi0.5 组合物,其 Mg 含量不同 (x = 0.2,0.3,0.4).
- 热电性质的温度依赖性表征 (西贝克系数,电导率,热导率).
- 使用平均自由路径 (MFP) 频谱分析分析格子导热率.
- 微结构分析用于识别和量化状结构.
主要成果:
- 低Mg含量 (x = 0.2) 的化合物表现出由于状结构 (200-500 nm) 的存在而降低的晶格导热率 (κL).
- 这些由Bi/Sb组成波动引起的叶片区域,通过尺寸和界面应变增强了声子散射.
- 电气性能,包括功率因子 (S2σ) 和加权流动性,基本上不受这些微观结构的影响.
结论:
- 微结构修改,特别是引入层状结构,是一种有效的策略,可以减少Mg3Sb2-xBix中的晶格导热率.
- 这种方法允许通过偏好的声子散射,将热电功率 (zT) 值调整大约25%.
- 定制微结构为优化这些材料的热电性能提供了新的途径.
