清华李敬锋教授课题组 Nat. Commun.:在高效新型热电材料研究领域取得进展
清华李敬锋教授课题组 Nat. Commun.:在高效新型热电材料研究领域取得进展
Chem-MSE
聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。
点击蓝字关注我们
热电材料具有可实现热能与电能直接相互转换的功能，热电转换技术具有无噪音、无振动、便于集成化等优点，在温差发电与固态制冷领域具有广阔的应用前景。当前主流热电材料体系为碲化铋（Bi2Te3）与碲化铅（PbTe），二者分别在近室温区（300~500 K）与中温区（600~900 K）具有较好的热电性能。但由于碲元素在地壳中含量与白金（Pt）和钯（Pd）接近，因此其极低的矿物资源丰度将会影响热电材料的规模化应用。与此同时，为满足不同的应用环境，需要研发宽温域的高热电性能材料。
近年来， 清华大学材料学院李敬锋教授课题组 致力于元素丰度高的环境友好型新型热电材料的研发，围绕锑化镁（Mg 3 Sb 2 ）基热电材料取得系列进展，在前期工作的基 础上，近期研究发现，在Mg 3 Sb 2 晶界上嵌入某些（Nb和Ta）高导电金属纳米相，可有效降低界面势垒，增强近室温的电输运性能，实现了热电优值（ZT值）的峰值和平均值的同时提升。研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结工艺制备了多晶Mg 3 Sb 2 ，发现Nb与Ta能以纳米级金属单质形式嵌于晶界处，且Nb单质与基体间会形成少量非均质Nb 3 Sb相。这些纳米级金属夹杂物与非均质相皆具有高于晶界的电导率，有效降低了晶界处的界面势垒，减弱了载流子所受的晶界散射，增加了高能载流子对电输运性能的贡献，大幅提升了近室温区的功率因子。同时，纳米级的金属颗粒会对声子产生散射作用，有效降低晶格热导率。通过电声输运的协同调控，整个测试温度范围内的热电性能均得到大幅提升。最终，在Nb复合的n型Mg 3 (Sb,Bi) 2 材料中，zT值在300 K和798 K时分别提升至0.80和2.04，为目前已报道的最高值，由此制备的单臂器件热电能量转换效率在T=470 K时可达15%，在宽温域内显现出优异的应用潜力。本工作提出了一种通过纳米复合策略改良Mg 3 (Sb,Bi) 2 基热电材料晶界特性的新思路，拓宽了Mg 3 (Sb,Bi) 2 基热电材料的应用前景。
原文链接
相关进展
扫二维码｜关注我们
微信号 : Chem-MSE
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程及生物医学工程等产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学会及时选用推送。