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Downie RA等人:TiNIN基半固化器的增強熱電性能

閱讀:2578      發(fā)布時間:2018-10-25
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【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是電子和晶格的導熱系數(shù)之和,T是溫度。XYZ半Heusler結(jié)構可描述為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。這導致X和Z的NaCl排列和Z的鋅礦YZ亞晶格。能帶結(jié)構計算支持Zintl型電子結(jié)構,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,這導致閉合殼層電子構型和半導體行為。

【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)電機被用于汽車,廢氣中回收熱量,并替換交流發(fā)電機,從而提高燃料效率的和減少CO2排放。不幸的是,典型的熱電效率相對較低(約5%),并且該技術擁有更好的性能,應用將會廣泛。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)構中過量的鎳導致的低晶格導熱系數(shù)。

圖文導讀

圖1:塞貝克系數(shù)(S),電阻率(ρ),總量(κ)和晶格熱導率的溫度依賴性(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)。 頂部標記(藍色)用于Ti5Sn3; 中間標記(紅色)用于TiNi1.78(1)Sn; 底部標記(黑色)用于Ti1.000(2)Ni1.058(3)Sn0.991(2)。

 

圖3: TiNi1 + ySn的晶格熱導率(κlat)。 y = 0點取自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械均化的情況下制備的樣品中的動力學約束(試劑的空間分離)產(chǎn)生的。 過量的Ni導致低導熱率,在700K下能獲得較好的熱電品質(zhì)因數(shù)(ZT> 0.5)

 

 

 

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