的持续消耗化石燃料能源资源是引领我们进入一个日益严重的能源危机。因此,这已经启动一个寻找可持续的替代资源。
热电发电能量转换过程ꟷ废热ꟷ势头作为未来潜在的能量收集技术。发电机组成的热电材料用于收割热能通过“塞贝克效应”。亚博网站下载The temperature difference in the thermoelectric material creates a flow of charge carriers, generating electrical energy.
高效转换,热电材料必须具有高转换效率(ZT型),这需要一个高塞贝克系数(S),电子电导率(σ),高和低导热系数(κ)。硒化材料锡(SnSe)展览纪录高位ZT型以单晶形式。然而,在实际的性能恶化多晶体由于低σ和κ很高。
在最近的一项研究发表在先进的科学亚博老虎机网登录来自日本的一个研究小组,由副教授Takayoshi Katase从东京理工学院(日本技术)设法增强ZT型展示高的多晶SnSeσ和低同时κ。团队实现这个突破的碲(Te)离子引入SnSe的结构。
然而,有一个捕捉。Te的溶解度2 -离子的Se2 -网站下SnSe极低的热平衡由于大小两种离子之间不匹配,这严重限制了离子替换。团队解决这个挑战,采用一个两步过程非平衡增长,这允许他们增加Te2 -浓度限制x0.4在Sn (Se1 -xTex)大量晶体。
“添加一个相同价态的离子通常不会增加离子载体浓度半导体。然而,在我们的例子中,用Te2 -离子在Se2 -网站SnSe载体浓度提高了三个数量级,导致高σ。此外,Te离子替代大幅减少κ不到三分之一其价值在室温下,“Katase博士说。
有两个主要的策略来完成的高σ和低κSnSe多晶体。一个是添加不同价态离子,如碱离子,增加载体浓度。另一个是控制声子散射的杂质分离。因此,很多并发症都参与的合成高性能多晶SnSe。
团队,然而,表明等价的Te离子替换增加σ和减少κ,同时进行。——团队如何采用基于计算阐明机制进行改善ZT型。计算表明,大型Te离子形成弱Sn-Te SnSe债券。这个Sn-Te键很容易分离和高密度的Sn空缺是形成的结构,导致浓度高的洞。此外,弱者Sn-Te债券降低了声子(晶格振动频率)和频率提高了声子散射,导致低κ。
研究中,因此,提出了一种新的方法来添加大型离子超出了他们的平衡限制,从而指导未来研究的电子和热性能优化热电SnSe多晶体。“我们相信,我们的研究结果将为高性能铺平道路,实际的热电材料,”亚博网站下载Katase博士说。
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来源:https://www.titech.ac.jp/english