在素合PbSnS₂中超低热导率,具有优化的热电特性

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:

• 锡硫化物 (PbSnS2) 是一种带宽隙化合物,具有用于热电发电的潜力.
• 它的内在二维层结构表现出超低的晶格导热率.
• 然而,低载体度限制了它的热电功率 (ZT).

研究的目的:

• 通过n型兴奋剂来增强PbSnS2的热电特性.
• 研究素替代对材料结构,热和电传输性能的影响.
• 优化PbSnS2以实现高效的热电发电.

主要方法:

• 单晶X射线衍射用于结构分析.
• 密度函数理论 (DFT) 计算,以了解结合和传输机制.
• 实验测量热导率,电导率和功率因子.

主要成果:

• 内在的PbSnS2显示超低的晶格导热率 (0.37 W m-1 K-1 在573 K),但低的ZT为0.1.1.
• 素兴奋剂 (Cl, Br, I) 显著削弱了 Pb/Sn─S 键,并降低了晶格导热率.
• PbSnS1.96Br0.04的功率因子增加了五倍,在873 K的电位下,其超低的 κlat 为0.29 W m-1 K-1 .

结论:

• 素兴奋剂激活了多导带传输,并增强了PbSnS2.2中的声子散射.
• 优化的PbSnS1.96Br0.04在873K时显示最大ZT值为0.82,突出显示了它在热电应用中的潜力.
• 这项工作提供了一种可行的策略,用于提高分层石灰的热电性能.