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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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Synthesis and thermoelectric properties of Mg_2Si_(1-x)Sn_x solid solutions by microwave irradiation 被引量:4
2
作者 周书才 白晨光 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第9期2421-2424,共4页
In order to reduce the oxidizing and volatilizing caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Sil-xSnx (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) solid solutions, microwave irradiation techniques were used in pr... In order to reduce the oxidizing and volatilizing caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Sil-xSnx (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) solid solutions, microwave irradiation techniques were used in preparing them as thermoelectric materials. Structure and phase composition of the obtained materials were investigated by X-ray diffraction (XRD). The electrical conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity were measured as a function of temperature from 300 to 750 K. It is found that Mg2Si1-xSnx solid solutions are well formed with excessive content of 5% (molar fraction) Mg from the stoichiometric MgESil.xSnx under microwave irradiation. A maximum dimensionless figure of merit, ZT, of about 0.26 is obtained for Mg2Si1-xSnx solid solutions at about 500 K for x=0.6. 展开更多
关键词 Mg2Si1-xSnx thermoelectric material solid solution microwave synthesis
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Microwave direct synthesis and thermoelectric properties of Mg_(2)Si by solid-state reaction 被引量:2
3
作者 周书才 白晨光 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第8期1785-1789,共5页
In order to reduce the oxidation and volatilization caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Si compounds,Mg2Si thermoelectric materials were prepared by solid state reaction and microwave r... In order to reduce the oxidation and volatilization caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Si compounds,Mg2Si thermoelectric materials were prepared by solid state reaction and microwave radiation techniques.Structure and phase composition of the materials were investigated by X-ray diffraction.The electrical conductivity,Seebeck coefficient and thermal conductivity were measured as a function of temperature from 300 to 700 K.It is found that high purity Mg2Si powders can be obtained with excessive content of 8% Mg from the stoichiometric Mg2Si at 853 K and 2.5 kW for 30 min.A maximum dimensionless figure of merit,ZT,of about 0.13 was obtained for Mg2Si at 600 K. 展开更多
关键词 MG2SI thermoelectric materials solid state reaction microwave synthesis
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塑性热电材料研究进展及展望
4
作者 徐波 田永君 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期1-6,共6页
近年来,以Ag_(2)S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展.该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能,表现出优异的室温塑性,并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升.最新研究表明,Mg_(3)Bi_(2)基单晶材料在塑性变形能力和室... 近年来,以Ag_(2)S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展.该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能,表现出优异的室温塑性,并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升.最新研究表明,Mg_(3)Bi_(2)基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳.微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg_(3)Bi_(2)单晶塑性变形过程中的关键作用,特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒.这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解,还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础.未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战,这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用. 展开更多
关键词 塑性热电材料 柔性热电器件 Ag_(2)S Mg_(3)Bi_(2)
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新型电极Mg_(2)SiNi_(3)与Mg_(2)Si的连接和界面行为研究
5
作者 陈彦佐 陈少平 +1 位作者 樊文浩 徐礼彬 《热加工工艺》 北大核心 2024年第8期93-97,103,共6页
Mg_(2)Si基热电材料是中温区间最有前途的热电材料之一。为了提高Mg_(2)Si基热电接头的界面性能,提出了一种新型电极材料Mg_(2)SiNi_(3)作为Mg_(2)Si的电极材料,并采用放电等离子烧结技术(SPS)实现了Mg_(2)SiNi_(3)和Mg_(2)Si的连接。同... Mg_(2)Si基热电材料是中温区间最有前途的热电材料之一。为了提高Mg_(2)Si基热电接头的界面性能,提出了一种新型电极材料Mg_(2)SiNi_(3)作为Mg_(2)Si的电极材料,并采用放电等离子烧结技术(SPS)实现了Mg_(2)SiNi_(3)和Mg_(2)Si的连接。同时,测试分析了所得接头的界面微观形貌、界面电性能、力学性能以及稳定性。结果表明,Mg_(2)SiNi_(3)与Mg_(2)Si烧结后形成了完整的冶金结合,界面处各组成元素均实现了均匀过渡;界面接触电阻得到了有效地优化,而且接头以及界面稳定性良好;时效前后,界面性能均未出现大幅的退化。Mg_(2)SiNi_(3)的提出为Mg_(2)Si基热电器件设计和集成提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 扩散连接 Mg_(2)Si Mg_(2)SiNi_(3) 热电接头 界面性能
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Mg_(3)Sb_(2)基热电材料的研究进展 被引量:1
6
作者 张强 李家荡 +2 位作者 胡良禄 陈少平 樊建锋 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第5期683-692,共10页
首次实现n型传导以来,无毒低成本Mg_(3)Sb_(2)基热电材料的研究便得到快速发展,有望能成为目前唯一大规模商业化的Bi_(2)Te_(3)热电化合物的替代材料。介绍了热电转化原理、Mg_(3)Sb_(2)基材料的晶体结构、电子结构及其p型、n型热电性... 首次实现n型传导以来,无毒低成本Mg_(3)Sb_(2)基热电材料的研究便得到快速发展,有望能成为目前唯一大规模商业化的Bi_(2)Te_(3)热电化合物的替代材料。介绍了热电转化原理、Mg_(3)Sb_(2)基材料的晶体结构、电子结构及其p型、n型热电性能的研究现状。同时,简要分析了Mg_(3)Sb_(2)基材料性能优化的主要策略及其作用机制,如掺杂、固溶、晶粒尺寸调控和能带结构设计等对载流子浓度、载流子散射、迁移率和Seebeck系数等热电性能的影响机制。最后,讨论了Mg_(3)Sb_(2)基热电材料应用于发电和制冷的初步研究结果和后期热电模块应用的相关问题。 展开更多
关键词 Mg_(3)Sb_(2)基材料 晶体结构 电子结构 热电性能
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退火温度和退火时间对不同衬底上Mg_(2)Si薄膜结构的影响
7
作者 廖杨芳 谢泉 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期644-650,共7页
以Mg_(2)Si烧结靶为靶材,采用磁控溅射法在Si、石英和Al_(2)O_(3)衬底上先沉积一层Mg_(2)Si非晶薄膜,再进行退火处理,研究了衬底类型、退火温度及退火时间对Mg_(2)Si多晶薄膜结构的影响。结果表明:Si、石英、Al_(2)O_(3)三种衬底上Mg_(2... 以Mg_(2)Si烧结靶为靶材,采用磁控溅射法在Si、石英和Al_(2)O_(3)衬底上先沉积一层Mg_(2)Si非晶薄膜,再进行退火处理,研究了衬底类型、退火温度及退火时间对Mg_(2)Si多晶薄膜结构的影响。结果表明:Si、石英、Al_(2)O_(3)三种衬底上Mg_(2)Si薄膜的最优退火温度和退火时间均为350◦C和1 h。Al_(2)O_(3)衬底上的Mg_(2)Si薄膜结晶质量最佳,Si衬底上的薄膜次之,石英衬底上的薄膜结晶质量最不理想,分析表明这种差异主要源于衬底与薄膜之间的热失配不同。 展开更多
关键词 材料 薄膜 Mg_(2)Si 退火温度 退火时间 衬底
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退火温度对蓝宝石衬底上Mg_(2)Si薄膜质量和光学性质的影响
8
作者 廖杨芳 谢泉 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期492-499,共8页
采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜,研究了退火温度(375~475℃)对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,当退火温度为400 ℃时Mg_(2)Si(220)衍射峰强度最强,样品结晶质... 采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜,研究了退火温度(375~475℃)对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,当退火温度为400 ℃时Mg_(2)Si(220)衍射峰强度最强,样品结晶质量最好,未见明显可观测的MgO相。扫描电镜(SEM)结果表明,所有样品表面均呈现清晰可见的规则六边形,且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg_(2)Si薄膜的特征峰(256 cm^(-1)附近的F_(2g)振动模),同时出现345 cm^(-1)附近的F_(1u)(LO)声子模,表明生成样品均为结晶良好的Mg_(2)Si薄膜。对薄膜光学性质的研究结果表明,随着退火温度升高,样品光学带隙先增大后减小。 展开更多
关键词 材料 薄膜 Mg_(2)Si 退火温度 蓝宝石衬底 光学带隙
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镁基材料中Mg_(2)Si相调控技术的研究进展 被引量:1
9
作者 康靓 王堃 +5 位作者 敬学锐 王煜烨 王世伟 孙鑫 肖旅 周海涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期92-98,共7页
Mg_(2)Si相增强镁基材料具备低密度、高强度、高热稳定性、高耐磨性等优点,在航空航天、轨道交通等领域具备极大应用前景。研究表明,常规制备条件下Mg_(2)Si相组织粗大,有尖锐棱角,在受力过程中容易成为裂纹源而降低镁基材料的强韧性,... Mg_(2)Si相增强镁基材料具备低密度、高强度、高热稳定性、高耐磨性等优点,在航空航天、轨道交通等领域具备极大应用前景。研究表明,常规制备条件下Mg_(2)Si相组织粗大,有尖锐棱角,在受力过程中容易成为裂纹源而降低镁基材料的强韧性,因此需调控Mg_(2)Si相尺寸及分布。近年来,多种Mg_(2)Si相调控技术不断应用于镁基材料体系。在传统铸造方面主要通过变质处理或熔体处理调控Mg_(2)Si相形貌及尺寸,调控后初生Mg_(2)Si相由粗大枝晶状、鱼骨状转变为多面体状或颗粒状,共晶Mg_(2)Si相则由汉字状转变为细纤维状或短棒状,相尺寸也从数百微米被细化到数十微米。调控后的Mg_(2)Si相分布更加均匀,材料的强韧性也得到改善。此外,还可通过大塑性变形、快速凝固、粉末冶金等先进技术调控得到纳米级均匀弥散分布的Mg_(2)Si相增强镁基材料,材料性能也得到进一步提升。本文综述了Mg_(2)Si相形貌及分布、常规铸造过程的变质处理和熔体处理以及新兴的先进调控技术对Mg_(2)Si相增强镁基材料组织与性能影响的研究现状,还分析了不同调控技术的优势与不足,并对Mg_(2)Si相增强镁基材料未来的发展进行了展望。 展开更多
关键词 Mg_(2)Si相 镁基材料 调控 变质处理 熔体处理 先进调控技术
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含金属Mg相的Mg_(2)(Sn,Si)薄膜的微观结构与热电性能
10
作者 冉丽阳 宋贵宏 +4 位作者 陈雨 杨爽 胡方 吴玉胜 尤俊华 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期6215-6223,共9页
利用高真空磁控溅射设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、... 利用高真空磁控溅射设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、观察和分析。结果表明,制备的Mg-Sn-Si薄膜由Mg_(2)(Sn,Si)固溶体和金属Mg相组成。随着金属Mg相含量的增多,沉积薄膜载流子浓度升高,迁移率降低。沉积薄膜的电导率随着金属Mg相含量的增多而增大,而Seebeck系数降低。沉积薄膜的金属Mg相含量增加,虽然电导率增加,但因Seebeck系数急剧下降,最终导致功率因子下降。在所研究的金属Mg含量范围内,Mg_(2)(Sn,Si)固溶体薄膜含有部分金属Mg相,对提高复合薄膜的功率因子是不利的。 展开更多
关键词 热电材料 Mg_(2)(Sn Si)/Mg复合薄膜 SEEBECK系数 载流子浓度 迁移率 功率因子
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高性能新型Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料的发展现状
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作者 徐晨辉 孔栋 +7 位作者 况志祥 陈卓 马燕 邹富祥 陈昕 胡晓明 冯波 樊希安 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第13期9-18,共10页
热电材料能够实现热能与电能的相互转换,是一种可以应用于余热回收及半导体制冷等相关领域的功能性材料。传统热电材料的发展目前已趋于成熟,但仍然面临着高昂的原料成本及较低的热电转换效率等问题。Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料自被... 热电材料能够实现热能与电能的相互转换,是一种可以应用于余热回收及半导体制冷等相关领域的功能性材料。传统热电材料的发展目前已趋于成熟,但仍然面临着高昂的原料成本及较低的热电转换效率等问题。Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料自被发现以来就以其低成本的元素组成和作为Zintl相具备的本征低热导率受到广泛关注。其中n型传导样品由于高能带简并度的优势更是有着较高的塞贝克系数,相较于传统中低温热电材料具备更大的发展潜力。然而,较大的带隙使得Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料载流子浓度整体偏低,同时还存在着由Mg空位引起的热稳定性较差的问题。为此,在保证该材料低热导率的同时,研究者们尝试了不同的制备工艺,并通过组分优化和结构优化来不断改善其电输运性能及热稳定性。目前Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料的最大ZT值已经达到1.8以上,同时其器件化后的热电转换效率也可媲美于传统Bi_(2)Te_(3)基热电器件。本文总结了Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料的基础物理性能与制备方法,从不同的优化手段出发依次介绍了现阶段该材料的研究成果,并展望了其在未来可行的发展方向。 展开更多
关键词 热电材料 镁合金 Mg_(3)(Sb Bi)_(2) 热电性能优化
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Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合膜的微结构及热电性能
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作者 杨爽 宋贵宏 +4 位作者 陈雨 冉丽阳 胡方 吴玉胜 尤俊华 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第3期467-475,484,共10页
利用高真空磁控溅射技术,通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积,制备了Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定,表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪... 利用高真空磁控溅射技术,通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积,制备了Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定,表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得,电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明,沉积薄膜由Mg_(3)Bi_(2)和Mg_(2)Sn两相组成,随着薄膜中Mg_(2)Sn含量的增加,沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内,随薄膜中Mg_(2)Sn含量的增加,薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg_(2)Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155℃获得最高功率因子为1.2 mW·m^(-1)·K^(-2)。在Mg_(3)Bi_(2)薄膜中加入适量的Mg_(2)Sn第二相,可明显提升Mg_(3)Bi_(2)薄膜材料的功率因子。 展开更多
关键词 热电材料 Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合膜 SEEBECK系数 相界面 载流子浓度 迁移率 电导率
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Room-temperature thermoelectric materials: Challenges and a new paradigm 被引量:5
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作者 Zhijia Han Jing-Wei Li +4 位作者 Feng Jiang Jiating Xia Bo-Ping Zhang Jing-Feng Li Weishu Liu 《Journal of Materiomics》 SCIE 2022年第2期427-436,共10页
Room-temperature thermoelectric materials provide promising solutions for energy harvesting from the environment,and deliver a maintenance-free power supply for the internet-of-things(IoTs).The currently available Bi_... Room-temperature thermoelectric materials provide promising solutions for energy harvesting from the environment,and deliver a maintenance-free power supply for the internet-of-things(IoTs).The currently available Bi_(2)Te_(3) family discovered in the 1950s,still dominates industrial applications,however,it has serious disadvantages of brittleness and the resource shortage of tellurium(1×10^(-3) ppm in the earth's crust).The novel Mg_(3)Sb_(2) family has received increasing attention as a promising alternative for room-temperature thermoelectric materials.In this review,the development timeline and fabrication strategies of the Mg 3 Sb 2 family are depicted.Moreover,an insightful comparison between the crystal-linity and band structures of Mg_(3)Sb_(2) and Bi_(2)Te_(3) is drawn.An outlook is presented to discuss challenges and new paradigms in designing room-temperature thermoelectric materials. 展开更多
关键词 thermoelectric materials Mg_(3)Sb_(2) Bi_(2)Te_(3) Chemical bond engineering
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Mg_(2)(Si,Sn)合金大尺寸试样低温固相反应法制备及其热电性能
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作者 余冠廷 忻佳展 +2 位作者 李艾燃 朱铁军 赵新兵 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期533-540,共8页
Mg_(2)(Si,Sn)合金是一种受到广泛关注的中温区热电材料,具有成本低廉、环境友好等优点。Mg_(2)(Si,Sn)材料研究中非常重要的一环在于如何实现对Mg元素的精准控制,采用低温固相反应法可能是一种切实有效的方法。本研究通过低温固相反应... Mg_(2)(Si,Sn)合金是一种受到广泛关注的中温区热电材料,具有成本低廉、环境友好等优点。Mg_(2)(Si,Sn)材料研究中非常重要的一环在于如何实现对Mg元素的精准控制,采用低温固相反应法可能是一种切实有效的方法。本研究通过低温固相反应法成功制备了高质量Mg_(2)(Si,Sn)合金试样,并将此方法应用至百克级Mg_(2)Si_(0.35)Sn_(0.635)Sb_(0.015)大尺寸试样的制备中,研究了大尺寸试样不同区域的热电性能及其均匀性。实验结果表明低温固相反应法能有效抑制Mg元素的挥发,实现对其较为精准的成分控制;制得的大尺寸试样的致密度沿压力方向存在规律性分布,越靠近试样中心材料致密度越高,相应地其组分含量和热电性能也随之变化。在640 K时,Mg_(2)Si_(0.35)Sn_(0.635)Sb_(0.015)大尺寸试样在所研究的不同区域最高zT值约为0.75,平均zT值达到0.66。 展开更多
关键词 热电材料 Mg_(2)(Si Sn)合金 低温固相合成 规模化制备
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纳米SiO_(2)复合对Mg_(3)Sb_(2)基材料热电性能的影响
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作者 高君玲 赵怀周 许艳丽 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期288-295,共8页
Mg3(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO_(2)复合进成分为Mg3.275Mn0.025Sb1.49Bi0.5Te0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO_(2)复合进Mg_(3)Sb_(2)... Mg3(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO_(2)复合进成分为Mg3.275Mn0.025Sb1.49Bi0.5Te0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO_(2)复合进Mg_(3)Sb_(2)基材料中时,由于引进大量的微小晶界,能有效地散射声子,促使晶格热导率降低,优化热输运性能,如SiO_(2)体积含量为0.54%时,室温时热导率由复合前的1.24 W/(m·K)降至1.04 W/(m·K),降幅达到15%;同时其对电子也产生强烈的散射作用,导致迁移率和电导率大幅下滑,结果表现为近室温区功率因子剧烈衰减,恶化了电输运性能.电性能相对于热性能较大降低幅度使得材料在整个测试温区的热电优值没有得到改善.纳米SiO_(2)作为Mg_(3)Sb_(2)基热电材料复合物来调控热电性能是有效的备选物质,可结合其他手段改善输运特性,如在晶界处适当修饰,降低载流子传输的晶界势垒,能够提升该体系的综合热电性能. 展开更多
关键词 纳米 SiO_(2) Mg_(3)Sb_(2) 基材料 复合 热电输运性能
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Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料研究进展
16
作者 冯文彪 李鑫 张亚龙 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第S01期46-51,共6页
热电材料是一种可以利用固体中载流子和声子的输运及其相互作用实现热能和电能之间相互转换的新型功能材料。热电半导体器件既可以对汽车尾气、工业废热、地热和海洋温差等能源进行回收再利用,也可以提供可靠、便捷、绿色和无噪声的快... 热电材料是一种可以利用固体中载流子和声子的输运及其相互作用实现热能和电能之间相互转换的新型功能材料。热电半导体器件既可以对汽车尾气、工业废热、地热和海洋温差等能源进行回收再利用,也可以提供可靠、便捷、绿色和无噪声的快速精确制冷方式,为日益增长的能源危机问题和传统的空气压缩制冷方式带来的臭氧层破坏及温室效应问题提供有效的解决方案。其中,在废热发电领域最具应用潜质的中温区热电材料也是近年来研究的重点。Mg_(3)Sb_(2)基热电材料由于其低廉的成本和无毒无害等优点,以及特殊的晶体结构优势,过去十几年被广泛研究,本征条件下极低的晶格热导率使其成为最有希望实现“声子玻璃、电子晶体”构想的半导体材料。与此同时,其极低的电导率也为热电性能的进一步优化带来极大的困难,研究者们尝试用多种方法来提高其热电性能,包括制备大晶粒度晶体、加入第三组元和元素掺杂等,这些方法使Mg_(3)Sb_(2)基热电材料的热电性能得到极大的提升。基于此,本文综述了Mg_(3)Sb_(2)基热电材料制备方法的最新研究进展,以及不同的热电性能优化途径,提出存在的问题和未来的发展方向。同时,本文提出利用定向凝固方法制备三元Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)单晶材料,此方法有望通过减少晶界和Mg的氧化进一步提高合金本征条件下的电导率,并利用各热电性能参数的各向异性来进一步提高ZT值。此外,结合第一性原理计算方法讨论合金中掺杂元素位置和掺杂效率对载流子传输和散射的影响关系,为此类热电材料的性能优化提供新的思路。 展开更多
关键词 热电材料 定向凝固 Mg_(3)(Sb Bi)_(2) 元素掺杂
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Thermoelectric transport properties and structure of Mg_2Si_(0.8)Sn_(0.2)prepared by ECAS under different current intensities
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作者 Wen-Hao Fan Yuan-Yuan Jiao +3 位作者 Rui-Xue Chen Di-Yang Wu Qing-Sen Meng Shao-Ping Chen 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第2期215-218,共4页
Thermoelectric materials Mg2Si0.8Sn0.2 were sintered under three different conditions including no electricity sintering(NCS), low electricity sintering(LCS),and high electricity sintering(HCS). Thermoelectric p... Thermoelectric materials Mg2Si0.8Sn0.2 were sintered under three different conditions including no electricity sintering(NCS), low electricity sintering(LCS),and high electricity sintering(HCS). Thermoelectric performance and microstructure of three group samples were measured and compared. The results indicate that the application of electric current during the sintering process changes the microstructure and significantly increases the density of samples, and increases the electric conductivity and the power factor. The electric current activated/assisted sintering is an effective way to obtain thermoelectric materials with excellent performance. 展开更多
关键词 thermoelectric materials Mg2Si0.8Sn0.2 ECAS Electric current
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Enhancing thermoelectric performance in P-type Mg_(3)Sb_(2)-based Zintls through optimization of band gap structure and nanostructuring
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作者 Yi-bo Zhang Ji-Sheng Liang +6 位作者 Chengyan Liu Qi Zhou Zhe Xu Hong-bo Chen Fu-cong Li Ying Peng Lei Miao 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期25-32,共8页
P-type Mg_(3)Sb_(2)-based Zintls have attracted considerable interest in the thermoelectric(TE)field due to their environmental friendliness and low cost.However,compared to their n-type counterparts,they show relativ... P-type Mg_(3)Sb_(2)-based Zintls have attracted considerable interest in the thermoelectric(TE)field due to their environmental friendliness and low cost.However,compared to their n-type counterparts,they show relatively low TE performance,limiting their application in TE devices.In this work,we simultaneously introduce Bi alloying at Sb sites and Ag doping at Mg sites into the Mg_(3)Sb_(2)to coopera-tively optimize the electrical and thermal properties for the first time,acquiring the highest ZT value of∼0.85 at 723 K and a high average ZT of 0.39 in the temperature range of 323-723 K in sample Mg_(2.94)Ag_(0.06)Sb_(1.9)Bi_(0.1).The first-principle calculations show that the codoping of Ag and Bi can shift the Fermi level into the valence band and narrow the band gap,resulting in the increased carrier concentration from 3.50×10^(17)cm^(-3)in the reference Mg 3 Sb 0.9 Bi 0.1 to∼7.88×10^(19)cm^(-3)in sample Mg 2.94 Ag 0.06 Sb 0.9 Bi 0.1.As a result,a remarkable power factor of∼778.9μW m^(-1)K^(-2)at 723 K is achieved in sample Mg 2.94 Ag 0.06 Sb 0.9 Bi 0.1.Meanwhile,a low lattice thermal conductivity of∼0.48 W m^(-1)K^(-1)at 723 K is also obtained with the help of phonon scattering at the distorted lattice,point defects,and nano-precipitates in sample Mg 2.94 Ag 0.06 Sb 0.9 Bi 0.1.The synergistic effect of using the multi-element co-doping/-alloying to optimize electrical properties in Mg_(3)Sb_(2)holds promise for further improving the TE performance of Zintl phase materials or even others. 展开更多
关键词 thermoelectric materials Band engineering Nanostructuring P-type Mg_(3)Sb_(2) Ag and Bi Co-doping
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Enhanced thermoelectric performance and atomic-resolution interfacial structures in BiSbTe thermo-electro-magnetic nanocomposites incorporating magnetocaloric LaFeSi nanoparticles 被引量:3
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作者 Lin Xing Wenjun Cui +6 位作者 Xiahan Sang Fengxia Hu Ping Wei Wanting Zhu Xiaolei Nie Qingjie Zhang Wenyu Zhao 《Journal of Materiomics》 SCIE EI 2021年第5期998-1006,共9页
Incorporating magnetic nanoparticles in thermoelectric(TE)materials introduce magnetic interfaces with additional electron and phonon scattering mechanism for high TE performance.However,the influence of heterogeneous... Incorporating magnetic nanoparticles in thermoelectric(TE)materials introduce magnetic interfaces with additional electron and phonon scattering mechanism for high TE performance.However,the influence of heterogeneous interfaces between magnetic nanoparticles and TE matrix on electronic and thermal transport remains elusive in the thermo-electric-magnetic nanocomposites.Here,using p-type TE material Bi_(0.3)Sb_(1.7)Te_(3)(BST)as matrix and magnetocaloric(MC)material La(Fe_(0.92)Co_(0.08))_(11.9)Si_(1.1)(LFS)nanoparticles as a second phase,TE/MC nanocomposites xLFS/BST(x=0.1%,0.2%,0.3% and 0.4%)were synthesized using spark plasma sintering method.The atomic-resolution interfacial structures demonstrate that Te vacancies originating from LFS-BST interfacial reaction decreases the hole concentration of the LFS/BST nanocomposites and enhances the Seebeck coefficient.The LFS/BST nanocomposites exhibit lower thermal conductivity due to enhanced phonon scattering by interfaces and defects.All the nanocomposites have higher ZT than BST matrix,with 0.2% LFS/BST nanocomposite achieving highest ZT=1.11 at 380 K.At working current 1.4 A,the device fabricated using 0.2% LFS/BST nanocomposite achieves maximal cooling temperature 4.9 K,which is 58% higher than the matrix.Moreover,the MC properties are retained in all the nanocomposites,which make them a promising candidate to achieve high TE performance and dual TE/MC properties for future applications. 展开更多
关键词 thermoelectricS Magnetocaloric materials Bi_(2)Te_(3)La(Fe Si)_(13) Microstructure thermoelectric properties
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Preparation of rare-earth element doped Mg_2Si by FAPAS
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作者 王丽七 孟庆森 樊文浩 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2012年第11期32-36,共5页
Rare-earth elements(Re) Sc and Y doped Mg_2Si thermoelectric materials were made via a field-activated and pressure-assisted synthesis(FAPAS) method at 1023-1073 K,50 MPa for 15 min.The samples created using this ... Rare-earth elements(Re) Sc and Y doped Mg_2Si thermoelectric materials were made via a field-activated and pressure-assisted synthesis(FAPAS) method at 1023-1073 K,50 MPa for 15 min.The samples created using this method have uniform and compact structures.The average grain size was about 1.5-2μm,the micro-content of Re did not change the matrix morphology.The sample with 2500 ppm Sc obtained the best Seebeck coefficient absolute value,about 1.93 times of that belonging to non-doped Mg_2Si at about 408 K.The electric conductivity of the sample doped with 2000 ppm Y becomes 1.69 times of that of pure Mg_2Si at 468 K,while the former had a better comprehensive electrical performance.Their thermal conductivity was reduced to 70%and 84% of that of non-doped Mg_2Si.Thus,the figure of merit and ZT of these two samples were enhanced visibly,which were 3.3 and 2.4 times of the non-doped samples at 408 K and 468 K,respectively.The maximal ZT belonging to samples doped with 2500 ppm Sc went up to 0.42 at about 498 K,higher than 0.40 of sample doped with 2000 ppm Y at 528 K and 0.25 of non-doped Mg_2Si at 678 K,and the samples doped with Sc seemed to get the best thermoelectric performances at lower temperature. 展开更多
关键词 Mg_2Si rare-earth element thermoelectric material FAPAS
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