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固體所在高通量篩選高性能half-Heusler熱電材料的研究方面取得新進展
文章来源: 郭淑萍 发布时间: 2019-10-08

  近期,固體所張永勝研究員課題組在高通量篩選高性能half-Heusler(HH)合金熱電材料的研究方面取得新進展,相關研究爲後續的實驗提供了理論指導爲理解熱電性能物理機制提供思路。相關研究結果發表在Journal of Physical Chemistry C上。

  熱電材料可以將溫差轉化爲電能,在緩解能源危機方面有著重要的應用價值,材料的熱電轉化效率通常用熱電優值ZT來表征。HH材料由于具有優良的電學性質、力學性能、熱穩定性和礦藏豐富等優勢,受到熱電材料界的廣泛關注。目前研究較多的是pNbFeSbnZrNiSn但是它們的高熱導率阻礙了ZT值的提高。因此,尋找具有高熱電性能的母體HH材料就成爲了當務之急。然而,目前有大量的HH體系的熱電性能未被研究,且已有的高通量工作普遍采用了較簡單的模型近似,因此,采用較爲精確的方法來搜索高效HH母體材料和探索其背後的物理機制有重要意義。

  爲此,張永勝研究員課題組采用形變勢理論高通量搜索了95HH化合物。考慮了帶隙、礦藏、無毒性等因素,最終篩選到9p型和6nHH候選體系,其電學性能(功率因子)優于目前廣泛研究的NbFeSb ZrNiSn材料。通過研究發現其優良的電學性能是由于高能帶簡並度貢獻Seebeck系数,低形变势、轻带和高群速度协同贡献其高电导率。此外,通过热学性质计算发现两種化合物(LiZnSbCaZnGe)由于其強非簡諧晶格振動導致較低的晶格熱導率 (300 K下小于4 W m-1 K-1)。通過計算發現HH化合物熱電優值主要是由電學性質起主導作用,VCoGeNbCoSiTiNiGe因其高功率因子和相對較低的熱導率,使它們成爲良好的熱電材料候選。

    该工作不仅为實驗提供了良好的候选体系,同时为理解热电性能的物理机制提供思路。

  以上研究得到了国家自然科学基金项目,中科院超算中心合肥贩N行暮退拗菪虏某算中心的资助。

  文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.9b04580 

  1. 高通量搜索比NbFeSb (ZrNiSn) 電學性能更好的p (n) 型母體HH候選材料的流程圖

  2. 900 K 下理論計算的HH候選材料的ZT值。紅線和紫線分別代表理論計算pNbFeSbnZrNiSnZT值。

  

  

  

  

  

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