Термоэлектрические преобразовательные материалы обеспечивают прямое преобразование тепловой энергии и электрической энергии и имеют важное применение в аэрокосмической специальной системе управления мощностью / тепловым потоком, отработанной тепловой / когенерации и переносного охлаждения. Термоэлектрические характеристики получены из безразмерного показателя качества (ZT = S2σT / κ) Для характеристики высокая эффективность преобразования должна максимально увеличить коэффициент мощности S2σ материала и максимально снизить теплопроводность κ. В последнее время несколько новых экологически чистых термоэлектрических материалов, таких как SnSe и SnTe, были усовершенствованы в Нинбо Институте технологии материалов и инженерии Китайской академии наук Группа оптоэлектронных функциональных материалов и приборов тесно интегрирована с теорией и экспериментом и провела серию исследовательских работ по регулированию термоэлектрических свойств.
В 2014 году новый термоэлектрический материал SnSe, зарегистрированный журналом Nature, имеет очень низкую теплопроводность (0,3 Вт -1K-1С наивысшим значением ZT (2.6) последующие исследователи обнаружили, что термоэлектрические свойства материалов SnSe сильно изменились, и их повторяемость была плохой. Исходя из этого, команда разработала метод горизонтальной газовой фазы для подготовки высококачественных синглов SnSe. Кристаллы, и провели соответствующие измерительные работы по его собственному транспорту носителей, фононному переходу и фазовому переходу. Было обнаружено, что внутренняя теплопроводность монокристалла SnSe при комнатной температуре составляет 2,0 Вт. -1K-1, уменьшен до 0,55 Вт при 773 К -1K-1В этом исследовании предлагается изменение концентрации носителей, подвижности, эффективной массы и констант деформационного потенциала SnSe до и после фазового превращения с температурой и описывается перенос собственных носителей SnSe с использованием единой модели параболических энергетических зон. Поведение, таким образом, указывает идеи контроля производительности SnSe и разумное прогнозирование оптимизированных термоэлектрических характеристик SnSe. Связанные результаты исследований опубликованы в ACS Energy Lett.
Разработка энергетической полосы является эффективным методом регулирования электрических свойств термоэлектрических материалов. В предыдущей работе команда оптимизировала термоэлектрические свойства SnTe через два энергетических метода: «дегенерация по валентной зоне» и «уровень резонансной энергии». Совместное легирование более низкой концентрации In с соответствующими количествами Mg, Mn, Cd или Hg обеспечит синергический эффект двух механизмов управления энергетическими зонами, что позволит полностью улучшить термоэлектрические характеристики SnTe в более широком температурном диапазоне. Команда использовала горячее прессование. Были подготовлены образцы In-Hg со-легированного SnTe, и было подтверждено, что синергетический эффект двух механизмов управления значительно улучшил коэффициент Зеебека. Дальнейшее исследование показало, что после повышения температуры энергетический диапазон и резонансный уровень энергии будут постепенно меняться от синергии к конкуренции. Дальнейшее обогащение конструирования конструирования инженерной энергии термоэлектрического материала. Связанные результаты исследований были опубликованы на J. Materiomics.
Структурное проектирование является эффективным способом управления фононным переносом материалов, особенно в слоистых термоэлектрических материалах. Команда ввела небольшое количество Na между слоями MoS2 для достижения значительного снижения теплопроводности решетки. Исследования показывают, что интеркаляция Na MoS 2Уменьшение теплопроводности решетки главным образом отражается в двух аспектах: одно - уменьшение частоты колебаний фононов, а другое - увеличение локальной ветви фононной частоты. Интеркаляция Na MoS 2Впоследствии усиливаются негармонические взаимодействия низкочастотных ветвящихся фононов и добавляются больше каналов рассеяния фононов, что сокращает время жизни фононов на 1-2 порядка. Это исследование обеспечивает углубленный контроль теплопроводности аналогичных термоэлектрических материалов. Понимание и возможные идеи, соответствующие результаты исследований были опубликованы в J. Phys. Chem. C.
Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, Национальной ключевой программой исследований и разработок, Чрезвычайным молодым фондом Чжэцзян, Фондом естественных наук провинции Чжэцзян и Нинбоской научно-технической инновационной командой.
Рисунок 1. Монокристаллический препарат SnSe и термоэлектрическое значение
Рисунок 2. Увеличенный коэффициент Зеебека в In-Hg со-легированном SnTe
Рисунок 3. Теплопроводность решетки Na интеркалированного MoS2
