Downie RA等人：TiNIN基半固化器的增強(qiáng)熱電性能

【引言】

材料的熱電效率由優(yōu)值圖給出，ZT=(S2/ρκ)T，其中S是塞貝克系數(shù)，ρ是電阻率，κ=κel+κlat是電子和晶格的導(dǎo)熱系數(shù)之和，T是溫度。XYZ半Heusler結(jié)構(gòu)可描述為Z的面心晶格，X占據(jù)八面體位置，Y位于四面體位置的一半。這導(dǎo)致X和Z的NaCl排列和Z的鋅礦YZ亞晶格。能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算支持Zintl型電子結(jié)構(gòu)，其中X將其價電子轉(zhuǎn)移至YZ亞晶格。7對于具有18價電子的組合物，這導(dǎo)致閉合殼層電子構(gòu)型和半導(dǎo)體行為。

【成果介紹】

熱電廢熱回收可用于提高發(fā)熱過程的效率，并且對可持續(xù)能源的未來具有重要意義。 例如，熱電發(fā)電機(jī)被用于汽車，從廢氣中回收熱量，并替換交流發(fā)電機(jī)，從而提高就燃料效率的和減少了CO2的排放。不幸的是，典型的熱電效率相對較低（約5％），并且該技術(shù)擁有更好的性能，應(yīng)用將會更加廣泛。Downie RA等人在電弧熔化TiNIN基錠中獲得了熱電系數(shù)Zt＞0.5。這種較好的轉(zhuǎn)化效率是由于半Heusler結(jié)構(gòu)中過量的鎳導(dǎo)致的低晶格導(dǎo)熱系數(shù)。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：塞貝克系數(shù)（S），電阻率（ρ），總量（κ）和晶格熱導(dǎo)率的溫度依賴性（κlat=κ-LT /ρ; L = 2.4×10-8WΩK-2 ）和Ti1-xZrxNiSn0.95系列的熱電品質(zhì)因數(shù)（ZT）。使用Linseis LSR-3儀器測量塞貝克系數(shù)和電阻率的溫度依賴性。

圖2：Rietveld符合TiNiSn0.95的Polaris中子粉末衍射數(shù)據(jù)。 頂部標(biāo)記（藍(lán)色）用于Ti5Sn3; 中間標(biāo)記（紅色）用于TiNi1.78（1）Sn; 底部標(biāo)記（黑色）用于Ti1.000（2）Ni1.058（3）Sn0.991（2）。

圖3： TiNi1 + ySn的晶格熱導(dǎo)率（κlat）。 y = 0點(diǎn)取自Ref。 這些線條是眼睛的指南。

【結(jié)論】

總而言之，Downie RA等人使用中子粉末衍射來證明在半赫斯勒結(jié)構(gòu)中自然形成的電弧熔化的TiNiSn基錠具有過量的Ni。 這是由在沒有中間機(jī)械均化的情況下制備的樣品中的動力學(xué)約束（試劑的空間分離）產(chǎn)生的。 過量的Ni導(dǎo)致低導(dǎo)熱率，且在700K下能獲得較好的熱電品質(zhì)因數(shù)（ZT> 0.5）。