局部反应-全球扩散解锁了高性能Mg3(Sb,Bi)2基的热电材料
Zhen Fan1, Yi Wang2, Tenglong Lu1
1Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.
Science bulletin
|December 7, 2025
概括
这项研究引入了一种新方法来控制Mg3(Sb,Bi) 2热电器中的缺陷,显著提高了它们在能量转换和冷却方面的效率. 这种新的方法提高了热电性能,在功率因子和设备效率方面创造了新的记录.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 能源转换 能源转换
背景情况:
- 基于Mg3(Sb,Bi) 2的热电 (TEs) 对接近室温的应用具有前景.
- 提高它们的电功率因子和功率值 (zTs) 仅限于控制Mg空隙并了解潜在的机制.
研究的目的:
- 为Mg3(Sb,Bi) 2热电材料开发一种新的现场Mg空位工程策略.
- 通过精确的缺陷控制来提高载体的移动性和热电性能.
主要方法:
- 通过局部反应和全球扩散在火花等离子体烧结过程中进行现场Mg空缺工程.
- 多个规模的调查,以阐明本地反应-全球传播机制.
- 用于发电和冷却的热电模块的制造和测试.
主要成果:
- 在空位受约束的Mg3(Sb,Bi) 2.中实现了创纪录的高功率因子和功率数字 (zTs).
- 经过证明的高性能热电发生器模块,功率密度高达1.23W cm−2, ΔT = 315 K.
- 佩尔蒂埃模块在303K时实现了超过70K的竞争性冷却温度差异 (ΔTmax).
结论:
- 开发的局部反应-全球扩散策略有效地设计了Mg空隙,增强了热电性质.
- 这种方法为优化其他能源材料,TE接口材料和金属半导体接口提供了一条途径.
- 这些发现为用于能源采集和冷却应用的先进热电设备铺平了道路.
