稀土钕能提高热电性能

中温区热电材料因有较高的热电性能和机械性能而得到了广泛研究。近日,南昆士兰大学研究者通过稀土钕的引入使得热电材料的载流子浓度有所降低,实现了电性能和热性能的同时优化,最终获得了热电性能的提升。

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化石燃料的过度开采和相应的环境污染迫使人们不断研究探索可持续能源利用技术。热电材料作为一种清洁可持续的能源材料,可以实现热能和电能的相互转化。然而,较低的热电转化效率限制了该材料的广泛应用。因此,如何调控提升热电材料的性能即热电优值zT成为现今亟需解决的问题之一。

碲化锗(GeTe)被公众认为是一种很有前途的中温热电材料。其中,GeTe与立方AgSbTe2形成连续固溶体合金,称为碲银锗锑(TAGS-x)。TAGS-85在700 K时其峰值zTmax接近1.36,具有良好的力学性能。不过,TAGS-85的热电性能仍低于其他先进的热电材料,如PbTe。

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为了解决上述的问题,研究者选用了稀土钕元素来作为TAGS-85的重点添加剂。由于TAGS-85晶体结构复杂,Nd可以替代三个阳离子位点(Ge、Ag和Sb)。研究表明,钕掺杂提高了功率因子并降低了热导率,所以使得材料在727 K时获得了较高的zT(1.65);相对于其他稀土元素来说,钕能更有效地提高TAGS-85的热电性能和稳定性。

总的来说,钕掺杂的中温区热电材料的热电转化率更高,应用领域更广,在一定程度上能有效解决化石燃料危机的问题。

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