靠近晶体的热电极限通过纳米烧结-在粒边界的助力
Jingdan Lei1, Kunpeng Zhao2,3, Jincheng Liao4
1State Key Laboratory of Metal Matrix Composites, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200240, China.
Nature communications
|August 3, 2024
概括
研究人员开发了一种液相烧结策略,用于Mg3{\text{Bi,Sb}2基材料. 这种方法增强了多晶体的热电特性,实现了与单晶相比的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 颗粒边界显著影响热电传输特性,导致单晶和多晶之间的差异.
- 通过操纵粒度边界,在与单晶相似的多晶体中实现高热电性能仍然是一个重大挑战.
研究的目的:
- 开发一种有效的策略,以提高Mg3{\text{Bi,Sb}2基多晶体的热电性质.
- 通过谷物边界工程来弥合多晶和单晶热电材料之间的性能差距.
主要方法:
- 采用液相烧结策略,将Mg2Cu纳米烧结助剂引入Mg3(Bi,Sb) 2基材料的颗粒边界.
- 微观结构变化的表征,包括平均粒径扩大到23.7微米.
- 评估热电传输特性,重点关注电导率,西贝克系数和热导率.
主要成果:
- 纳米烧结辅助器促进了增大颗粒大小和有效的声子散射.
- 取得了与单晶相美的优异电传特性.
- 超低的晶格导热率导致了在500K时的1.5的特殊热电功率 (zT) 和7.4%的转换效率.
结论:
- 液相烧结策略为制造高性能多晶热电材料提供了一种简单有效的方法.
- 这种方法对需要高效的热电转换的大规模应用具有前景.


