基于ZrNiSn的高性能半Heusler热电器,具有通过反应性烧结实现的等级架构

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:

• 半海斯勒化合物是用于高温应用的优秀热电材料.
• 它们的效率通常受到高晶格导热率的限制.
• 在不损害电气性能的情况下制定降低导热率的策略至关重要.

研究的目的:

• 开发一种基于ZrNiSn的具有层次架构的半Heusler化合物的新型合成方法.
• 研究多尺度微观结构特征对热电性质的影响.
• 为了优化合成,增强语子散射和高热电性能.

主要方法:

• 使用短时间的机械合金来制造不平衡前体.
• 使用反应性烧结来精确控制相位组成和微观结构.
• 描述多尺度架构,包括缺陷,粒度边界和纳米沉.

主要成果:

• 实现了具有间隙缺陷,粒度边界,纳米沉和孔隙的等级架构.
• 证明了显著降低格子导热率 (1.9 W m-1 K-1).
• 获得了高功率系数 (50μW cm−1 K−2) 和1.33的无维值值 (zT) 在873 K.

结论:

• 这种新的合成方法有效地为强烈的声子散射创造了等级结构.
• 与传统合成材料相比,优化的基于ZrNiSn的化合物表现出优越的热电性能.
• 这种具有成本效益和可扩展的方法对推进热电材料具有前途.