近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所秦曉英研究員課題組在Cu3SbSe4熱電性能方面取得新進(jìn)展,通過協(xié)同調(diào)控功率因子和導(dǎo)熱性能提高銅銻合金的熱電性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在Materials Today Energy上。
隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展,化石燃料供應(yīng)迅速減少,為世界人口提供可持續(xù)的能源供應(yīng)已成為21世紀(jì)的重大社會(huì)問題。熱電材料可以用作固態(tài)冰箱或熱泵,且不需使用任何移動(dòng)部件或?qū)Νh(huán)境有害的液體。熱電技術(shù)使熱和電之間的直接轉(zhuǎn)換成為可能,因此它被認(rèn)為是一種有希望實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)電的節(jié)能手段。熱電材料的效率轉(zhuǎn)換由無量綱值的熱電優(yōu)值ZT來定義。
近年來,Cu3SbSe4由于其組成元素廉價(jià)、本征晶格熱導(dǎo)率低且電輸運(yùn)性質(zhì)優(yōu)異,引起了人們的極大關(guān)注。但大多數(shù)研究都集中在改善Cu3SbSe4基材料的熱電性能上,并沒有有效的方法可以在實(shí)現(xiàn)功率因子顯著提高的同時(shí)降低導(dǎo)熱系數(shù)。在該研究中,科研人員將AgSb0.98Sn0.02Se2粒子引入Cu3Sb0.96Sn0.04Se4基體中,通過研磨和電火花等離子燒結(jié)技術(shù)形成Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/x wt%AgSb0.98Sn0.02Se2 (x = 0,1,3,5,7)納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),由于導(dǎo)熱系數(shù)的降低和載流子遷移率的增強(qiáng),Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/5wt%AgSb0.98Sn0.02Se2樣品的ZT值達(dá)到了1.17;熱導(dǎo)率降低是由多尺度大小的第二相AgSb0.98Sn0.02Se2增強(qiáng)聲子散射引起的;界面缺陷導(dǎo)致的新受主能級(jí)會(huì)引起遷移率增加和載流子濃度降低,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了功率因子的增加。該研究結(jié)果表明,在Cu3Sb0.96Sn0.04Se4基體中嵌入AgSb0.98Sn0.02Se2顆粒能夠顯著提高其熱電性能。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100491
圖1. (a) - (c) Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/5 wt% AgSb0.98Sn0.02Se2的低放大率TEM圖像;(d) Cu3Sb0.96Sn0.04Se4矩陣和結(jié)構(gòu)模型的HRTEM圖像(類似于Cu3SbSe4 [021])。
圖2. Cu3Sb0.96Sn0.04Se4和Cu3Sb0.96Sn0.04Se4/x wt%AgSb0.98Sn0.02Se2 (x = 1,3,5,7)復(fù)合樣品在溫度300-673 K范圍內(nèi)的電學(xué)性能:(a)電阻率(折射率);(b) 載流子濃度;(c) 遷移率;(d)遷移率的對數(shù)隨溫度變化曲線圖。