通过多位元模块化,提高无Hf的ZrNiSn基半Heusler合金的热电性能
Xinghui Wang1, Lifeng Jiang1, Jian Liang1
1Key Laboratory of Solidification Control and Digital Preparation Technology (Liaoning Province), School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China.
ACS applied materials & interfaces
|July 23, 2025
概括
本研究介绍了一种具有成本效益的策略,通过使用多站点元素兴奋剂来增强热电材料,提高性能和机械性能,而无需昂贵的Hf. 这种方法提高了基于ZrNiSn的合金的优点 (zT) 和硬度.
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:
- 基于ZrNiSn的半海斯勒合金是有前途的热电材料.
- Hf合金可提高性能,但由于成本而受到限制.
- 大规模应用需要一个具有成本效益的战略.
研究的目的:
- 开发一种无Hf的策略,以提高基于ZrNiSn的材料的热电性能.
- 为了优化电气和热传输特性.
- 为了提高这些TE材料的机械性能.
主要方法:
- 采用了多站点元素调制策略.
- 使用Nb-Ni配合剂来改变费米水平并增加功率因子.
- 使用Ge-Si编码引入缺陷并降低网格导热率 (κl).
主要成果:
- Nb-Ni配合剂增加了功率因子25.3%.
- 通过诱导多尺度缺陷,Ge-Si编码有效地减少了kl.
- 优化的Zr0.96Nb0.04Ni1.04Sn0.95Ge0.025Si0.025在923K时实现了~0.78的功率 (zT),提高了29.6%.
- 由于固体溶液的强化和谷物精炼,维克斯硬度得到了增强.
结论:
- 多位元模块化策略成功地提高了无Hf的ZrNiSn基合金的TE和机械性能.
- 这种方法为开发具有成本效益和高性能热电材料提供了可行的途径.
- 这项研究证明了电气,热和机械性能的协作优化.
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