發現高性能AgBiSe2基熱電材料
熱電效應(Thermoelectric Effects)提供了一種在熱能和電能之間直接轉化的手段,在現今世界能源和環境問題的背景下,熱電效應作為一種清潔有效的能源轉化方式而受到廣泛關注。相比于傳統的熱電材料,I?V?VI2 (I=Ag; V=Sb, Bi; and VI=S, Se, Te)型半導體由于本征的極低晶格熱導率而成為具有良好潛力的熱電材料體系。盡管AgSbTe2是其中最為廣泛研究的材料,但是由于其制備需要大量豐度較低的元素碲(Tellurium),且熱穩定性較差,因而人們希望用更加廉價和穩定的AgBiSe2來代替。之前對于AgBiSe2的研究,主要集中在通過對其進行元素摻雜優化載流子濃度這一方面,而本文指出通過將AgBiSe2與AgBiS2復合,使用球磨的方法使兩相完全固溶,可以更進一步降低材料的晶格熱導率。結果顯示,材料的熱導率在773K溫度下,從原本的~0.5 W/mK降低到了0.33 W/mK,成為這個體系到目前為止報道的最低的熱導率。結合電性能用銦摻雜改性,最終,該材料在773K時的最高ZT值到達了0.9,與該體系之前取得的最高ZT相近,是本征AgBiSe2的2.5倍左右(如圖所示)。這種運用球磨實現多相固溶以降低晶格熱導率的方法,也為其他體系熱電材料的相關研究指出了一個值得嘗試的方向。
南方科技大學
2021-04-13