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纳米复合MgAgSb基合金的热电输运性能优化
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作者 吴华鑫 张骐昊 +2 位作者 YAN Haixue 王连军 江莞 《无机材料学报》 北大核心 2025年第9期997-1004,共8页
MgAgSb在近室温区间(300~573 K)表现出良好的热电性能,近年来成为p型材料的重点研究对象。由于原子掺杂水平较低,仅采用掺杂手段优化载流子浓度,热电性能的增幅有限。本研究选择在MgAg_(0.97)Sb_(0.99)基体材料中分别引入Nb和Ta纳米第二... MgAgSb在近室温区间(300~573 K)表现出良好的热电性能,近年来成为p型材料的重点研究对象。由于原子掺杂水平较低,仅采用掺杂手段优化载流子浓度,热电性能的增幅有限。本研究选择在MgAg_(0.97)Sb_(0.99)基体材料中分别引入Nb和Ta纳米第二相,通过高能球磨机械合金化的方法制备了xNb/MgAg_(0.97)Sb_(0.99)和yTa/MgAg_(0.97)Sb_(0.99)两种系列合金。引入Nb纳米第二相显著改变了材料的载流子和声子输运特性。0.005Nb/MgAg_(0.97)Sb_(0.99)合金中由于存在纳米第二相Nb,其特殊的微观结构优化了电学性能,该合金在533 K时的最高功率因子为24.1μW·cm^(-1)·K^(-2)。同时,引入的Nb第二相增加了声子散射,从而显著降低了热导率,最终0.005Nb/MgAg_(0.97)Sb_(0.99)样品的热电优值(zT)在483 K时达到最大1.09,相较于MgAg_(0.97)Sb_(0.99)样品提升了9.0%。此外,在MgAg_(0.97)Sb_(0.99)样品中引入Nb的同族元素Ta,其产生的影响与Nb近似,0.005Ta/MgAg_(0.97)Sb_(0.99)样品在483 K时zT达到1.02。本研究展示了一种有效的纳米复合策略,能够优化热电输运性能并提高p型MgAg_(0.97)Sb_(0.99)的热电性能。 展开更多
关键词 mgagsb基化合物 第二相 合金化 热电性能
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Intrinsic mechanical behavior of MgAgSb thermoelectric material:An ab initio study
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作者 Guodong Li Qi An +5 位作者 Umut Aydemir Sergey I.Morozov Bo Duan Pengcheng Zhai Qingjie Zhang William A.Goddard Ⅲ 《Journal of Materiomics》 SCIE EI 2020年第1期24-32,共9页
α-MgAgSb based thermoelectric(TE)device attracts much attention for its commercial application because it shows an extremely high conversion efficiency of ~8.5% under a temperature difference of 225 K.However,the mec... α-MgAgSb based thermoelectric(TE)device attracts much attention for its commercial application because it shows an extremely high conversion efficiency of ~8.5% under a temperature difference of 225 K.However,the mechanical behavior of α-MgAgSb is another serious consideration for its engineering applications.Here,we apply density functional theory(DFT)simulations to examine the intrinsic mechanical properties of all three MgAgSb phases,including elastic properties,shear-stress-shear-strain relationships,deformation and failure mechanism under ideal shear and biaxial shear conditions.We find that the ideal shear strength of α-MgAgSb is 3.25 GPa along the most plausible(100)<010>slip system.This strength is higher than that of β-MgAgSb(0.80 GPa)and lower than that of γ-MgAgSb(3.43 GPa).The failure of α-MgAgSb arises from the stretching and breakage of MgeSb bond α-MgAgSb under pure shear load,while it arises from the softening of MgeAg bond and the breakage of AgeSb bond under biaxial shear load.This suggests that the deformation mechanism changes significantly under different loading conditions. 展开更多
关键词 mgagsb thermoelectric materials Density functional theory Ideal strength Deformation mechanism
原文传递
退火条件对磁控溅射MgO-Ag_(3)Sb-Sb_(2)O_(4)柔性薄膜热电性能的影响 被引量:1
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作者 刘丹 赵亚欣 +4 位作者 郭锐 刘艳涛 张志东 张增星 薛晨阳 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1302-1310,共9页
MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料,有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜,并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电... MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料,有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜,并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜,而是形成了由Ag_(3)Sb、MgO及Sb_(2)O_(4)多相组成的柔性薄膜,其中Ag_(3)Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag_(3)Sb-Sb_(2)O_(4)(Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能,其中真空处理性能最佳。在真空条件下,随着退火温度升高,柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势,当退火温度为573K时热电性能最佳,室温附近功率因子达到74.16μW·m^(-1)·K^(-2)。并且,薄膜表现出较好的柔性,弯曲900次后,电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。 展开更多
关键词 mgagsb 退火处理 热电性能 柔性薄膜
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室温热电材料研究进展(英文) 被引量:2
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作者 朱航天 任武洋 +1 位作者 张勤勇 任志锋 《西华大学学报(自然科学版)》 CAS 2018年第4期15-31,共17页
热电材料可直接在电能与热能之间直接转换,其在室温附近的应用广受关注。材料性能可由与效率正相关的热电优值ZT衡量。高ZT值热电材料需同时具有较低的晶格热导率、恰当的载流子浓度、合适的能带结构和理想的微观组织。本文综述了Bi_2T... 热电材料可直接在电能与热能之间直接转换,其在室温附近的应用广受关注。材料性能可由与效率正相关的热电优值ZT衡量。高ZT值热电材料需同时具有较低的晶格热导率、恰当的载流子浓度、合适的能带结构和理想的微观组织。本文综述了Bi_2Te_3系、α-MgAgSb以及half-Heusler合金等几种高ZT值室温热电材料的最新研究进展,并就未来研究做出展望。Bi_2Te_3基材料是目前为止研究最为广泛的室温热电材料。Bi_2Te_3空间群为R3m,在c轴方向形成以共价结合的Te-Bi-Te-Bi-Te为重叠单元的层状结构,单元与单元之间以范德华力结合。这一晶体结构使得该材料禁带宽度为0.15 eV,价带顶或导带底为6重能谷,从而同时具备了较高的电导率和Seebeck系数。也由于该材料中包含了重元素和弱键合,其晶格热导率比较低。因此,以Bi_2Te_3为基础形成了性能较好的p型(Bi_2Te_3)-(Sb_2Te_3)和n型(Bi_2Te_3)-(Bi_2Se_3)赝二元体系。p型Bi_2Te_3基材料方面,受超晶格材料极低热导率(~0.22 Wm^(-1)K^(-1))的启发,任志锋和陈刚联合课题组率先用简单的球磨加快速热压工艺在p型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3块体材料中获得了5~50 nm的晶粒,增强了声子散射,降低了晶格热导率,使ZT峰值达到了1.4。自此以后,多种引入纳米复合物以增强声子散射的研究得以开展。2015年,韩国Kim课题组甚至将Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3晶格热导率降低到了0.33 Wm^(-1)K^(-1),使该材料ZT峰值达到1.86,遗憾的是该结果未能被其他课题组重复。最近有研究表明,这一优异性能并非来源于Kim课题组所称的对中频声子的有效散射,而是忽略了各向异性导致的。另一个有趣的现象是性能优越的p型(Bi_(1-x)Sb_x)_2Te_3材料通常在x=0.75附近出现。以前曾有人认为这是由于此时价带平坦化后有效质量增加的原因,但G.J.Snyder等认为这是由于x=0.75时,第一价带与第二价带重叠,从而增加了参与输运的能带数量输运导致的。数据表明,这一模型与实验结果更吻合。相对于Bi_2Te_3基p型(Bi_2Te_3)-(Sb2Te3)材料,n型(Bi_2Te_3)-(Bi2Se3)材料则性能略低(ZT~1.2)。这主要是因为:该类p型材料可通过调控晶格缺陷来调控载流子浓度,而n型则通常只能通过掺杂来调控;p型材料在Bi/Sb为0.5/1.5时声子散射最强烈,同时还发生能带聚集;p型材料中电导与热导各向同向,而n型则各向异性,使得组织结构纳米化对降低n型材料热导率效果甚微。α-MgAgSb是2014年才进入人们视野的高性能室温热电材料,具有四方晶系结构,兼具低晶格热导率和高功率因子,因而峰值ZT达到1.4。近年来,对该材料结构的深入研究揭示了其晶格热导率低的原因:晶胞体积大、Ag-Sb间的弱键合、高密度Ag空位、Ag^+和Mg^(2+)的迁移引起的横声子模软化、U过程中强烈的非谐作用(大Grüneisen因子)、宽频声子散射等。独特的晶体结构决定了α-MgAgSb独特的能带结构。价带顶附近,其聚集能谷数为8,而导带底附近则为1,因而,仅p型α-MgAgSb热电优值较高。对该材料,通过掺杂提高载流子浓度以优化功率因子是必要的手段。在众多掺杂元素中,Li掺杂效果最好,可使载流子浓度和功率因子分别达到~1.2×1020cm^(-3)和~24μW cm^(-1)K^(-2)。由于其优异的性能和与Ag电极之间的低接触电阻,单臂p型α-MgAgSb器件拥有目前为止室温附近最高的热能-电能测试效率8.5%。Half-Heusler是另一类在热电发电领域极具前景的材料,除了具有较高的热电性能外,该材料稳定性和机械性能还异常好。最近的研究表明,常规材料中占主导作用的电子-声子耦合在该材料中被大幅度抑制是其高功率因子的起源;p型ZrCoSb和n型ZrNiSn功率因子分别可达~30和~50μW cm^(-1)K^(-2),而p型Nb_(0.95)M_(0.05)FeSb(M=Ti,Hf,Zr)更是高达100μW cm^(-1)K^(-2)。然而,由于该类材料热导率很高,使得其室温ZT仅0.3左右。尽管室温热电材料研究取得了明显的进展,但仍需在以下方面进行攻关:降低n型Bi_2Te_3基热电材料热导率使其ZT值可与p型同系材料匹配;寻找可在机械性能、热电性能上与p型α-MgAgSb匹配的n型MgAgSb或类似材料;降低NbF eS b基材料热导率及寻找其n型配对材料。 展开更多
关键词 热电材料 BI2TE3 mgagsb half-Heusler 室温热电应用
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High-performance magnesium-based thermoelectric materials:Progress and challenges 被引量:3
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作者 Zizhen Zhou Guang Han +2 位作者 Xu Lu Guoyu Wang Xiaoyuan Zhou 《Journal of Magnesium and Alloys》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期1719-1736,共18页
Magnesium-based materials have been regarded as promising candidates for large-scale,high-efficiency thermoelectric applications,owing to their excellent dimensionless figure of merit,high abundance,and low cost.In th... Magnesium-based materials have been regarded as promising candidates for large-scale,high-efficiency thermoelectric applications,owing to their excellent dimensionless figure of merit,high abundance,and low cost.In this review,we comprehensively summarize the recent advances of Mg-based thermoelectrics,including Mg_(2)X(X=Si,Ge,Sn),Mg3(Sb,Bi)_(2),andα-MgAgSb,from both material and device level.Their electrical and thermal transport properties are first elucidated based on the crystallographic characteristics,band structures,and phonon dispersions.We then review the optimization strategies towards higher thermoelectric performance,as well as the device applications of Mg-based thermoelectric materials and the related engineering issues.By highlighting the challenges and possible solutions in the end,this review intends to offer perspectives on the future research work to further enhance the performance of Mg-based materials for practical applications. 展开更多
关键词 THERMOELECTRIC Mg-based materials Mg_(2)(Si Ge Sn) Mg_(3)Sb_(2) mgagsb Thermoelectric device
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