Thermoelectric properties of macroscopically inhomogeneous composites
综述了描述两相宏观非均匀介质热电特性的理论方法。给出了渗流结构的分级模型描述，从而可以定性和定量地描述流动阈值附近有效热电系数的基本分布。
2011-08-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface micro- and nanolayers of composite particles on thermoelectric figure of merit (phenomenological approach)
提出了自洽场论的非对称变体，为复合颗粒表面层的热导率对有效热电优值的影响的理论研究奠定了基础。它示出，在某些情况下，热电品质因数可以基本上提高由于壳的存在。
2011-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional composite magnet realizing record-high transverse thermoelectric generation
本研究开发了兼具永磁特性与优异横向热电性能的SmCo₅/Bi₀.₂Sb₁.₈Te₃多层结构多功能复合磁体，其模块功率密度创横向热电模块纪录且可比肩商用塞贝克效应热电模块，为能量收集与热管理提供新路径。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of interface resistance on thermoelectric properties in (1-x)La$_{0.95}$Sr$_{0.05}$Co$_{0.95}$Mn$_{0.05}$O$_3$/(x)WC composite
在这项研究中，分散相的颗粒尺寸和相之间的界面热阻（R $_{int}$）对声子热导率（$κ_{ph}$）的（1-x）La $_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ Co $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_3$ /（x）WC热电复合材料，证明了协同效应。此外，R $_{int}$和Kapitza半径之间的相关性进行了讨论，使用Bruggeman的不对称模型。特别地，使用标准固态途径合成多晶La $_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ Co $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_3$样品。从电子显微镜图像证实了WC纳米颗粒的存在。随着导电WC体积分数的增加，复合材料的电导率（$σ$）增加，Seebeck系数（$α$）减小。随着WC体积分数的增加，$σ$的同时增加和$κ_{ph}$的同时减少导致（1-x）La $_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ Co $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_3$ /（x）WC复合材料的品质因数（zT）增加。当x=0.010时，（1-x）La $_{0.95}$ Sr $_{0.05}$ Co $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_3$ /（x）WC复合材料在463 K时的$\sim$最大值为0.20。在本研究中得到的结果表明，希望设计的热电复合材料与所需的声子热导率考虑…
2021-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of metal-semiconductor percolation composites
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University（尤里·费多科维奇切尔诺维茨国立大学）；University of Massachusetts Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）
本研究分析含随机金属内含物的半导体复合材料的热电性质，发现其受渗流转变影响，阈值附近功率因子与热电优值依赖于内含物浓度和排布，确定了提升实际复合材料功率因子的有利区间。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On the wiedemann-franz law in thermoelectric composites
本文从理论上分析了宏观非均匀介质中热电现象对有效电导率与有效热导率关系的影响。平面层状结构，二维自对偶和三维随机非均匀介质的检查。结果表明，有效的电导率与热导率的关系，这是独立的浓度在所谓的Wiedemann-Franz介质中，在高值的内部热电优值的情况下，可以是相当大的不同，从一个在每个阶段的本地值。该关系的减小可能会对复合材料的有效优值产生负面影响，从而导致热电器件效率的降低。
2011-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of (1-x)LaCoO$_{3.x}$La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ Composite
本研究探讨了(1-x)LaCoO3.xLa0.7Sr0.3MnO3复合材料的热电性能，发现少量添加LSMO可提高塞贝克系数，并在620K下获得显著提升的最大ZT值0.09，表明复合方法能有效提高低温热电材料的工作温度。
2018-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of secondary LuNiSn phase on thermoelectric properties of half-Heusler alloy LuNiSb
本文报道了三元化合物LuNiSb（立方晶系）和LuNiSn（正交晶系）以及复合材料（LuNiSb）$_{0.5}$（LuNiSn）$_{0.5}$的高温（350 K <T< 1000 K）热电性能。LuNiSn的导电性是金属性的，而LuNiSb的导电性是类金属性的。前者的Seebeck系数在700 K时达到-5.5 $μ$ V/K，后者在607 K时达到66 $μ$ V/K。复合样品（LuNiSb）$_{0.5}$（LuNiSn）$_{0.5}$由正交晶系基体和立方夹杂物构成，结合了LuNiSn的导电性和LuNiSb的热电性能。尽管如此，这种材料的热电性能没有增强。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Trans-scale spin Seebeck effect in nanostructured bulk composites based on magnetic insulator
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Toyota Technological Institute（名古屋工业大学）；The University of Tokyo（东京大学）
通过动态粉末溅射和低温烧结制备Pt涂层钇铁石榴石粉末的纳米结构块体复合材料，实现跨尺度自旋塞贝克效应，克服薄膜扩散限制，实现可扩展体积热电发电。
2026-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of cement composite analogues from first principles calculations
建筑物每年造成全球能源浪费的相当大一部分，因此产生了过量的碳排放。虽然热量在寒冷的月份和气候中直接损失，导致热负荷增加，但在炎热的气候中需要冷却和通风。提高建筑物能源效率的一个途径是将热电设备和材料集成到建筑物的结构中，以利用内部和外部之间的温度梯度来做有用的工作。水泥基材料在现代建筑中无处不在，并提供了一个有趣的功能化机会。本文采用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方法，系统地研究了水化硅酸钙（C-S-H）凝胶类似物雪硅钙石热电材料的电子输运系数。塞贝克系数的计算值在指示良好热电材料的典型量值（200 - 600 $μV/K$）内。雪硅钙石模型被预测为本质上是$p$型热电材料，因为存在大量的Si-O四面体网站。雪硅钙石模型的计算电子$ZT$的最佳值分别为0.983（400 $\mathrm{K}$和$10^{17}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石9）、0.985（400 $\mathrm{K}$和$10^{17}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石11）和1.20（225 $\mathrm{K}$和$10^{19}$ $\mathrm{cm^{-3}}$）（雪硅钙石14）。
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Decoupled charge and heat transport for high-performance Fe$_2$VAl composite thermoelectrics
通过液相烧结将拓扑绝缘体 Bi$_{1-x}$Sb$_{x}$ 结合在 Fe$_2$V$_{0.95}$Ta$_{0.1}$Al$_{0.95}$ 晶粒之间，成功解耦电荷与热传输，显著降低晶格热导率并提高载流子迁移率，实现远超有效介质极限的极高品质因数。
2024-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Flexible thermoelectrics in crossed graphene/hBN composites
基于紧束缚、力常数及非平衡格林函数方法，研究了X形石墨烯/h-BN复合异质结构的输运与热电性质，发现全石墨烯HETX-C结构相比锯齿型石墨烯纳米带可将ZT提升约2.5倍，且可通过调节臂宽和原子类型有效调控热电性能。
2024-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Rare Earth Doping and Effective Band-Convergence in SnTe for Improved Thermoelectric Performance
已经发现SnTe的热电性能随着碱金属和过渡金属元素的等价掺杂而增强，其中这些元素中的大多数具有小于13%的溶解度。我们提出了一种掺杂稀土元素Yb来提高SnTe热电性能的策略。随着重原子质量和强自旋-轨道耦合，即使Yb的轻度掺杂（~ 5%）也足以通过带会聚产生简并，这增强了费米能级附近的态密度并提高了整体性能。我们的输运数据和第一性原理计算证实，近5%的Yb是一种有效的掺杂剂，以实现热电响应，相当于9%的Mn掺杂。研究结果对理解环境友好型SnTe热电材料具有重要意义。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
The influence of phonon thermal conductivity on thermoelectric figure of merit of bulk nanostructured materials with tunneling contacts
被认为是一种复合材料，它由导电纳米粒子分离的隧穿电介质势垒。从理论上研究了介质基体的声子热导率对该复合材料热电优值的影响。的范围内的值和障碍参数，可以导致热电优值大于统一的估计。讨论了空间电荷和隧穿势垒电流-电压关系的非线性对隧穿势垒电流-电压关系的影响。
2012-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power of Bi and Bi(1-x)Te(x), x=0.0014,in porous Vycor glass
半导体量子线由于能提高低维材料的电子态密度而成为一种很有前途的热电材料。我们研究了在多孔Vycor玻璃中由直径为6 nm的Bi和Bi（1-x）Te（x）（x=0.0014）线组成的高密度网络的磁场相关电阻和塞贝克系数。两种复合材料的电阻R随温度从300 K降低到0.3 K而增加。然而，在最近的结果表明，电阻的半导体行为和非常大的增强的热电功率的复合材料含有Bi纳米线的直径为9和15 nm的对比，我们发现，电阻不是热激活的，并且复合材料的热电功率是相同的数量级的散装Bi的热电功率。我们的结果是一致的纳米线具有载流子密度，是由表面效应增强。
2003-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Polytypism at its best: improved thermoelectric performance in Li based Nowotony-Juza phases
原则上，热电是将废热转化为电力的可行途径，但该技术的商业化受到其目前效率的限制。在寻求改进的材料，利用\textit{ab initio}的方法，我们报告了多型诱导改善的热电性能在锂基Nowotny-Juza相LiZn \textit{X}（\textit{X} = N，P，As，Sb，和Bi）。除了LiZnSb之外，我们发现立方LiZnBi在能量上比迄今为止探索的六方相更有利，而立方LiZnP和LiZnAs的六方多型体可能通过压力来稳定-流体静压力可以通过内部压力来辅助以促进相变。我们发现一个显着的影响，多型热电性能。我们确定保守估计的品质因数，并发现，而功率因数和品质因数值的改善，在六方相，在立方相的值仍然是优秀的。立方和六方LiZnSb在700 K时的\textit{ZT}值分别为1.27和1.95。对于\textit{n}型掺杂，在700 K下其他有希望的\textit{ZT}值分别为六方LiZnP和LiZnAs的1.96和1.49。总的来说，我们的研究结果表明，Nowotny-Juza相是一种新的潜在的热电材料。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Probing the carrier dynamics of polymer composites with single and hybrid carbon nanotube fillers for improved thermoelectric performance
碳纳米管（CNT）在聚合物基质中的掺入为先进热电（TE）复合材料的开发提供了一个很好的平台。多年来，已经研究了几种CNT/聚合物复合材料配方，以最大限度地提高TE性能。同时，一些研究集中在CNT本身内的带电激子的衰减动力学和由此衍生的结构，旨在研究自由载流子的寿命和相应的复合过程。后一种物理现象在各种类型的能量转换和清除材料的性能中起着至关重要的作用。然而，到目前为止，还没有系统的研究组合的TE参数和关键的载流子动力学CNT内含有TE聚合物复合材料。在此，通过小规模熔融混合制备了基于聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）聚合物基体的具有单一和混杂CNT填料的各种复合材料。在相同的负载量下，与使用混合填料系统相比，在PC中添加单一填料导致更高的塞贝克系数和相似的电导率。相比之下，在PEEK复合材料中使用混合填料系统，可以达到比单一填料复合材料更高的功率因数。此外，利用超快激光时间分辨瞬态吸收光谱（TAS）研究了PC基复合材料的激子寿命和TE薄膜中自由载流子输运的物理起源。这项研究的结果揭示了有趣的TE参数和获得的载流子动力学之间的联系。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synergistic effect of workfunction and acoustic impedance mismatch for improved thermoelectric performance in GeTe/WC composite
复合材料的制备是有希望的电和热传输性能的同时优化，以实现改进的热电（TE）性能。本文研究了功函数和声阻抗失配（AIM）对（1-z）Ge_（0.87）Mn_（0.05）Sb_（0.08）Te/（z）WC复合材料TE性能的影响。特别地，制备了由Mn和Sb共掺杂GeTe作为基体和WC作为分散相组成的复合材料，并研究了其结构和TE性能。复合材料的电导率（σ）和Seebeck系数（α）随WC体积分数（z）的增加而同时增加，导致复合材料的功率因数（α^2σ）增加。σ的上升归因于复合物中载流子迁移率的增加。这是进一步建立从功函数测量使用开尔文探针力显微镜（KPFM）技术，也支持密度泛函理论（DFT）计算。Ge 0.87 Mn 0.05 Sb 0.08 Te和WC之间的弹性性质（声速）的差异导致高AIM，这导致相之间的大界面热阻（Rint）。Rint和Kapitza半径之间的相关性导致复合材料的声子热导率（κ_ph）降低，并使用Bruggeman非对称模型进行了讨论。声子色散计算进一步证实了复合材料中声子群速度的降低。对于z=0.010的（1-z）Ge0.87Mn0.05Sb0.08Te/（z）WC复合材料，由于α^2σ增大和κ_ph减小的同时作用，在773 K时的最大优值（zT）为1.93。这项研究表明，有希望在具有相似电子结构和不同弹性特性的各种复合材料中实现更高的zTav。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stabilization of lead-free bulk CsSnI$_3$ perovskite thermoelectrics via incorporating of TiS$_3$ nanoribbon clusters
本研究针对低温热电材料需求，探究将低维TiS$_3$掺入块体CsSnI$_3$钙钛矿的效果，发现少量添加可提升结构稳定性、抑制氧化并稳定电学性能，为稳定该钙钛矿热电性能提供了新途径与宝贵见解。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Improved Thermoelectric Cooling Based on the Thomson Effect
传统的热电珀耳帖冷却器表现出主要由品质因数zT确定的冷却极限。而不是一个基本的热力学限制，这个界限可以追溯到维持热电兼容性的困难。对于给定的zT，自相容性局部地最大化冷却器的性能系数，并且可以通过调整构成zT的热电传输性质的相对比率来实现。在这项研究中，我们研究了热电冷却器的理论性能，保持整个设备的自兼容性。我们发现这样的设备的行为非常不同的珀耳帖冷却器，和术语自兼容的冷却器“汤姆逊冷却器”时，傅立叶热发散是由汤姆逊，而不是焦耳，长期占主导地位。汤姆逊冷却器需要随着温度的增加呈指数上升的塞贝克系数，而传统的珀耳帖冷却器（例如商业上使用的那些）具有相对最小的塞贝克系数随温度的变化。当合理的材料属性的界限被放置在热电腿，汤姆逊冷却器预计将实现约两倍的最大温降的传统珀耳帖冷却器具有等效的品质因数（zT）。我们预计汤姆逊冷却器的发展将最终导致固态冷却到低温温度。
2012-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Effective Thermal Conductivity of SrBi$_4$Ti$_4$O$_{15}$-La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ Oxide composite: Role of Particle Size and Interface Thermal Resistance
提出了一种利用声阻抗失配和德拜模型降低热电复合材料热导率的新方法。讨论了界面热阻（R $_{int}$）与分散相粒径对复合材料k值的影响。特别地，研究了由作为基质的天然超晶格Aurivillius相（SrBi $_4$ Ti $_4$ O $_{15}$）和作为分散相的钙钛矿（La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$）组成的氧化物复合物的$κ$。当La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$的颗粒尺寸小于Kapitza半径（$_K$）时，观察到复合物的$κ$的显著降低，甚至低于基质的$κ$，描绘了由于增加的表面与体积比，R $_{int}$在低于$_K$的颗粒尺寸中占主导地位。所得结果有可能为工程复合热电系统提供新的方向，具有所需的热导率和有前途的能量收集领域。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Core-Shell Based Nanocomposites for Enhancing Thermoelectric ZT
从物理的角度提出了微分有效介质法（DEM），并将其用于计算核壳纳米块体复合材料的晶格热导率。从平均T矩阵单粒子近似扩展，DEM纳入了核壳纳米复合材料（CSN）的研究所必需的粒子间的影响。发现除了CSN中的粒内边界散射外，粒间边界散射也会降低纳米复合材料的热导率。因此，CSN保持改善热电无量纲优值系数ZT高于单片纳米体相的承诺。基于Si和SiGe的CSN用作说明性示例。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain aided drastic reduction in lattice thermal conductivity and improved thermoelectric properties in Janus MXenes
本研究通过表面修饰与双轴应变工程，显著降低了Janus MXenes的晶格热导率并提高了塞贝克系数，从而有效改善了其热电性能。
2024-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystal Growth and Thermoelectric Properties of Ge(Bi,Sb)4Te7
本文报道了10 ~ 300 K温度范围内的热电性能以及n型和p型GeBi_4 Te_7、GeSb_4 Te_7和Ge（Bi_（1-x）Sb_x）_4 Te_7固溶体单晶的生长。采用改进的Bridgman法生长了GeBi 4 Te 7单晶，并通过Sb替代Bi实现了p型行为。Ge（Bi 1-xSbx）4 Te 7固溶体的热电势范围为-117 muVK^-1至+160 muVK^-1。随着Sb含量的增加，从n型到p型的交叉是连续的，并且在x = 0.15处观察到。在所测试的n型和p型样品中，最高的热电效率分别为ZnT = 0.11和ZpT = 0.20。对于该合金系统中的最佳n-p耦合，在室温下的复合优值为ZnpT = 0.17。
2013-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Electrical conductivity of cellular Si/SiC ceramic composites prepared from plant precursors
在25-1073 K温度范围内测量了Si/SiC多孔陶瓷复合材料的电导率（sigma_dc），在25-300 K温度范围内测量了热电势（S）。值得注意的是，通过仿生途径开发的这些细胞化合物-其中陶瓷系统在保留天然模板的结构复杂性的植物生物模板内生长-被发现表现出与通过常规陶瓷途径制备的系统相当或甚至更好的优异的机械、热和电性能。平行测量的电导率（sigma||）和垂直于原生植物的生长轴（σ +），描绘了几乎与温度无关的各向异性（σ +/σ||），而热电势几乎是各向同性的。在整个温度范围内的电荷传导被发现密切遵循可变范围跳跃（VRH）机制。电导率各向异性似乎主要由生物模板的独特微细胞形态驱动，其可以在许多电应用中被利用。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Ho-doped Bi1-xSbx
Seebeck系数，电介电常数，总热导率，和磁化强度的报告温度为5和350 K之间的n型Bi 0.88Sb 0.12纳米复合合金Ho掺杂在0，1和3%的原子水平。使用直流热压法制备的合金，并示出为单相的平均晶粒尺寸为900 nm的两个Ho含量。发现母体化合物在231 K时具有最大ZT = 0.28，而掺杂1% Ho使ZT最大值在221 K时增加到0.31，而掺杂3%的样品抑制了ZT最大值在260 K时为0.24。
2012-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry Lowering Through Surface Engineering and Improved Thermoelectric Properties in MXenes
本文通过第一性原理与玻尔兹曼输运理论计算，证明在 MXenes 中通过表面工程构造 Janus 化合物以降低对称性，可显著提高热电优值，并揭示了其背后的电子结构与非谐性机制。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Bi-substitution on Structural Stability and Improved Thermoelectric Performance of p-type Half-Heusler TaSbRu: A First-principles Study
最近，Fang等人从第一性原理预测了TaSbRu合金在1200 K时的高ZT为1.54，而没有考虑自旋轨道相互作用、精确的电子结构、声子散射的细节和能量依赖的空穴弛豫时间。在这里，我们报告的Bi取代的p型TaSbRu的结构稳定性和热电性能的第一性原理计算考虑这些重要参数的细节。这种间接带隙半导体（由TB-mBJ+SOC得到Eg=0.8 eV）具有高度色散和简并的价带，这导致在300 K下的最大功率因数为3.8 mWm-1 K-2。由于Sb-5 p对带隙形成的贡献很小，因此Bi在Sb位置上的取代不会引起电子结构的显著变化。尽管由于带隙、电导率的轻微变化，塞贝克系数增加了Bi，因此功率因数在300 K（50%Bi）下降低到~3 mW m-1 K-2。另一方面，晶格热导率从20 W/m K有效地下降到5，因为Bi在声学声子区域中引入了显著的贡献并增强了声子散射。因此，通过Bi取代，ZT值得到改善，在1200 K下从仅0.45（纯TaSbRu）达到1.1（50%Bi）。因此，本研究提出了如何改善Sb基半Heusler化合物的TE性能，TaSbRu（含50% Bi）是一种有前途的高温应用材料。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, processing and transport properties of cubic and trigonal solid solutions in the Mg-Si-Sn system
Mg-Si-Sn固溶体具有有趣且有用的半导体性质，特别是对于热电应用。虽然已经通过各种方法制备了立方固溶体，但是还没有报道具有三方晶体结构的固溶体。我们采用高能球磨和电流活化压力辅助致密化（CAPAD）的组合，诱导和完成从立方相到三角相的相变，形成致密的三角复合材料。这是首次在Mg-Si-Sn合金中成功制备出三方相。此外，我们报告的立方和三角形复合材料的输运性质在160至400 K范围内测量。的三角形复合材料的导电性是几倍高相比，立方对应物，而热导率较低，但在以前报道的Mg-Si-Sn材料的范围内。三角形复合材料的塞贝克系数低于立方样品，导致低ZT值。然而，立方样品的ZT高于先前报道的未掺杂的Mg-Si-Sn固溶体，这对于热电应用是有希望的。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of $n$-type SrTiO3
我们提出了一个调查的立方钙钛矿SrTiO 3的热电性能。结果来自于从玻尔兹曼传输理论在恒定散射时间近似的基础上的电子结构和现有的实验数据为La掺杂的SrTiO 3的计算得到的传输函数的组合。优值系数ZT是相对于载流子浓度和温度建模的。该模型预测了在优化掺杂下相对较高的$ZT$，并表明在T = 1400 K时$ZT$值可达0.7。因此，可以通过载流子浓度优化从当前实验值改进$ZT$。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Hierarchically nanostructured thermoelectric materials: Challenges and opportunities for improved power factors
在过去的几十年里，热电材料领域经历了革命性的转变，这是由于能够纳米结构化和合成无数材料及其合金。量化热电材料性能的ZT优值在数十年的不活动后增加了一倍以上，达到大于2的值，在不同材料和温度下保持一致。这种ZT改进的核心是由于声子在许多界面、边界、位错、点缺陷、相等上的散射而导致材料热导率的急剧降低，这是故意包括在内的。在这些新一代的纳米结构材料中，形成了不同尺寸和几何构型（原子、纳米和宏观尺度）的声子散射中心，这些声子散射中心能够在整个光谱中散射平均自由程的声子。除了降低热导率之外，关于如何使用类似的分层纳米结构来实现功率因数改善的想法也开始出现。放松的电导率和塞贝克系数的不利的相互依赖性的方式是有针对性的，这使得功率因数的改善。为此，需要优雅的设计，其利用例如下面的纳米结构几何形状中的不均匀性、掺杂剂分布中的不均匀性或在材料之间的边界处形成的势垒。最近的一些理论和实验报告表明，即使对于同样的几何形状，也可以实现极高的功率因数值，并且还提供超低的热导率。尽管在纳米结构实现中具有所需的控制可能会出现实验复杂性，但在这次座谈会上，我们的目标是主要从理论上证明，这是一条非常有前途的道路，值得探索。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Porosity-mediated High-performance Thermoelectric Materials
孔隙率是否能有效地提高热电性能仍是一个悬而未决的问题。在本文中，我们报告了热电性能可以通过在n型Mg3.225Mn0.025Sb1.5Bi0.49Te0.01中产生孔隙来显著增强，在323 K下ZT为~0.9，在723 K下为~1.6，使得平均ZT高得多以获得更好的性能。考虑到这样的ZT值与n型Bi 2 Te 3在该温度下的最佳ZT相当，在室温下的大的改善是显著的。这种增强主要来自于提高的电迁移率和多尺度声子散射，特别是来自于多孔结构中分散良好的铋纳米沉淀。我们进一步将这种方法扩展到其他热电材料，如半Heuslers Nb0.56V0.24Ti0.2FeSb和Hf0.25Zr0.75NiSn0.99Sb0.01和Bi0.5Sb1.5Te3，显示出类似的改进，进一步推进热电材料的应用。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Large-scalable fabrication of improved Bi-Te-based flexible thermoelectric modules using a semiconductor manufacturing process
在现有的几种柔性热电模块中，烧结的基于Bi-Te的模块代表了一种可行的选择，因为它们的高输出功率密度和灵活性，这使得能够使用任意热源。我们已经制造了Bi-Te基模块与大规模的制造工艺，并提高了它们的输出性能。使用柔性印刷电路的厚电极的互连电阻的减小显著地将模块的输出功率提高到在$ΔT$ = 70 K时的87 mW/cm $^{2}$，这比先前的原型模块高1.3倍。此外，通过使用表面贴装技术建立顶部电极的制造，使得实现模块的高产量制造成为可能。我们的耐久性测试表明，在10000次机械弯曲测试和1000次热应力测试期间，模块的内阻没有显著变化。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong impact of grain boundaries on the thermoelectric properties of non-equilibrium synthesized p-type Ce1.05Fe4Sb12.04 filled skutterudites with nanostructure
通过在压力下将非晶薄带快速转变为晶化颗粒，合成了p型Ce_（1.05）Fe_（12.04）填充方钴矿，并对其热电性能进行了研究。据发现，这一过程大大抑制晶粒生长和第二相的形成/偏析，并因此在样品中的纳米尺寸的晶粒与强耦合晶界组成的结果，通过透射电子显微镜观察。在这些样品中的室温载流子迁移率是显着更高的（近两倍）比那些在相同的起始组合物的样品，通过常规的固态反应。纳米结构降低了晶格热导率，而更清洁的晶界允许更高的电子传导。
2010-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Half Heusler Alloys for Efficient Thermoelectric Power Conversion
半赫斯勒（HH）相（空间群F43 m，Clb）因其热稳定性、可扩展性、环境友好性以及高效的功率输出而作为有前途的热电材料越来越受到关注。直到最近，HH相的可验证的无量纲品质因数（ZT）一直保持接近1的适度，这限制了这些材料的功率转换效率。我们在此报告ZT~1.3的n型（Hf，Zr）NiSn合金近850 K开发通过元素替代，同时嵌入纳米粒子在HH矩阵，通过退火的样品接近其熔化温度。质量涨落和散射中心的引入在测量的高ZT中起着关键作用，如热导率的降低和热电势的增加所示。基于计算，基于新的n型（Hf，Zr，Ti）NiSn颗粒在基质中的复合物和最近报道的高ZT p型HH相的n-p耦合模块的功率转换效率预计将达到13%，与现有技术的材料相当，但具有所述的附加材料和环境属性。由于在不调整半赫斯勒相的微观结构的情况下获得了高效率，因此为进一步优化留下了空间。
2016-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Advancements in Tuning Thermoelectric Properties: Insights from Hybrid Functional Studies, Strain Engineering, and Machine Learning Models
本研究结合杂化泛函、应变工程与机器学习模型探索拓扑绝缘体Bi2Se3的热电性质，揭示了应变与表面态对输运的影响机制，并提供了跨学科的材料优化综合框架。
2024-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Chemical bonding origin of the thermoelectric power factor in Half-Heusler semiconductors
具有立方半赫斯勒结构（XYZ）的金属间化合物半导体具有优异的热电性能。这归因于能带结构中载流子袋的高简并性，但在不同的材料组成之间发现了很大的差异。半赫斯勒通常在Zintl化学中解释，明确区分正电性阳离子（$X^{n+}$）和扩展的聚阴离子（$YZ^{n-}$）。基于定量的真实空间化学键合分析，我们解开大程度的共价键合之间的正式阳离子和阴离子，Zintl区分显然无效。这种共价性强烈影响材料的能带结构、热电性能和响应性能，对于那些最不遵循Zintl概念的材料观察到改进的热电性能。这扩展了我们对控制物理性质的化学键合图案的知识，并对经常应用于复杂材料设计的简单化学概念给出了批判性的观点。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Pressure enhanced thermoelectric properties in Mg2Sn
采用修正的Becke和Johnson（mBJ）交换势，考虑自旋轨道耦合（SOC），研究了$\mathrm{Mg_2Sn}$的电子结构和热电性质与压力的关系.相应的$Γ$点的自旋轨道分裂值为0.47 eV，与实验值0.48 eV相符合。随着压强的增加，能带隙先增大后减小。在一定的掺杂范围内，随着压强的增加，n型功率因数随能带隙的变化趋势相同。计算结果表明，在临界压力以下，压力可以导致n型掺杂的功率因数显著增强，而在临界压力附近，相应的晶格热导率表现出相对较小的值。这些结果使我们相信，$\mathrm{Mg_2Sn}$的热电性能可以改善在n型掺杂的压力。
2016-01-09 cond-mat.mtrl-sci
A Structural Phase Transition in Ca3Co4O9 Associated with Enhanced High Temperature Thermoelectric Properties
随温度变化的电阻率，晶体结构和热容的测量揭示了电阻率下降和金属到半导体的转变对应于一阶结构相变在400 K附近的Ca 3Co 4 O 9。晶格参数c随温度的升高而平稳变化，而a、b1和b2晶格参数在~ 400 K时出现异常。Ca_2CoO_3和CoO_2层在~ 400 K以上发生变形，这与金属到半导体的输运行为变化有关。在磁场下测量电阻率和热容随温度的变化表明，自旋对这种转变的贡献很小。与从金属到半导体行为的第一级相变相关的降低的电阻率增强了高温下的热电性能，并指出金属到半导体的转变是高温热电氧化物中改善ZT的机制。
2012-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Strategy for enhanced thermoelectric performance of Bi2S3 nanorods by Bi nanoinclusions
这是第一次报告的增强热电（TE）性能的新型Bi 2S 3-Bi纳米复合材料的合成使用一步多元醇方法在不同的反应温度（TRe）和时间。它们被很好地表征为纳米棒复合物，与正交Bi 2S 3和菱面体Bi相共存，其中后者包覆前者形成Bi 2S 3-Bi核壳型结构以及独立的Bi纳米颗粒（NPs）。随着反应温度和持续时间的增加，系统地观察到\r{ho}的电阻率降低，这揭示了在这种高电阻Bi 2S 3中减少\r{ho}的有希望的方法，从而解决了过去几十年来其热电应用潜力的早期障碍。最令人惊讶的是，在27 ℃下使用~900 MPa压力制成的最高Bi含量纳米复合颗粒在300 K下的TE功率因数比热压Bi 2S 3的大3个数量级，或者甚至比先前报道的火花等离子体烧结的核-壳Bi2S3@Bi样品的好23%（Tarachand等人，Nano Res.2016，9，3291; Ge等人，ACS Appl.Mater. Interfaces 2017，9，4828）。考虑到由于其复杂的纳米结构而可能大大降低的热导率，对于这些不含有毒和稀土元素的TE纳米复合材料，在300 K附近显著改善的TE性能潜力是高度预期的，使得本合成方法成为开发基于Bi 2S 3的材料的增强的热电性能而不使用额外的烧结步骤的开创性方法。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Realizing high Near-Room-Temperature Thermoelectric Performance in n-type Ag2Se through Rashba Effect and Entropy Engineering
尽管存在大量的高温热电材料，但设计具有高zT的近室温特别是n型热电材料是极具挑战性的。通常，原始Ag 2Se表现出不寻常的低热导率以及高电导率和塞贝克系数，这导致室温下的高热电性能（n型）。在此，我们报告了伪三元相，Ag2Se0.5Te0.25S0.25，其显示出改进的热电性能（在400 K下zT ~ 2.1）。密度泛函理论表明，Rashba型自旋相关的带分裂起源于Te掺杂，提高了载流子迁移率。利用密度泛函微扰理论，我们认识到本征载流子迁移率不仅受载流子有效质量的控制，也不受形变势理论的控制，而是受纵向光学声子散射的限制.事实上，局部偏离中心的S原子和上升的组态熵通过替代Te和S原子在Ag 2Se显着降低晶格热导率（klat ~ 0.34在400 K）。为了准确地获得电以及热输运系数，我们采用基于玻尔兹曼输运形式的变形势理论。Rashba效应与构型熵的组合结果协同地导致了这种高热电性能，并开发了在近室温下工作的新型n型热电材料。
2021-03-28 cond-mat.mtrl-sci
High Efficiency Thin Film Superlattice Thermoelectric Cooler Modules Enabled by Low Resistivity Contacts
钒碲化物超晶格薄膜在片上制冷器件中显示出良好的性能。最近的实验研究表明，器件性能受到金属/半导体电接触的限制。实现低电阻率接触的一个挑战是缺乏金属和V-碲化物材料之间界面的物理和化学性质的基础知识。在这里，我们提出了一个实验和理论的努力相结合，以了解，设计和利用低电阻率接触V-碲化物。采用从头算方法探讨了界面结构和化学成分对电接触的影响，并采用基于从头算的宏观模型预测了接触电阻率随载流子浓度和温度的变化的基本极限。在理论研究的指导下，我们开发了一种实验方法来制作低电阻率的金属接触的V-碲化物薄膜超晶格，实现了100倍的减少相比，以前的工作。界面表征和分析，使用扫描透射电子显微镜和能量色散X-射线光谱显示不寻常的界面形态和接触电阻率的进一步改善的潜力。最后，我们利用改进的接触，以实现改进的高性能热电冷却模块。
2017-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance of SnTe bilayer
锡硫族化合物（SnS，SnSe和SnTe）被发现具有改善的热电性能后，其维数的减少。在这里，我们发现倾斜AA + s堆叠的二维（2D）SnTe双层作为最稳定的相之间的几个堆叠的结构优化和声子输运性质的预测。的载流子迁移率和弛豫时间进行了评估，使用变形势理论，这是发现是相对较高的，由于高的2D弹性模量，低的变形势常数，和适度的有效质量。SnTe双层膜具有高的Seebeck系数、高的电导率和超低的晶格热导率。高TE的优值（ZT）的值，高达4.61沿锯齿形方向，预测的SnTe双层。这些ZT值与块体以及单层SnTe和其他2D化合物相比大大增强。
2020-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Figure of Merit in Bismuth-Antimony Fine-Grained Alloys at Cryogenic Temperatures
热电（TE）材料的研究在热能转换为电能和制冷应用中起着至关重要的作用。铋锑合金是一种很有前途的热电致冷材料。本文中，在低温（100- 150 K）下，由微米尺寸晶粒组成的熔纺n型Bi_（85）Sb_（15）块体样品获得了接近0.6的高品质因数ZT。所获得的ZT比多晶平均单晶的~0.4的ZT高近50倍，并且其也显著高于通常用于低温冷却应用的Bi-Te合金中在150 K以下测量的小于~0.3的ZT。改善的热电性能可以归因于从快速凝固实现的细晶粒微观结构，这不仅显著降低了热导率，而且减轻了偏析效应。用热盘法测得在100 K附近的热导率为1.5 W m-1 K-1。在双带有效质量模型下分析了这一有趣的半金属-半导体合金系统的热电性质。研究首次揭示了Bi-Sb合金的禁带宽度随温度的升高而逐渐变窄。这种Bi-Sb合金的磁热电效应进一步改善了TE性能，导致ZT为约0.7。在NdFeB/BiSb/NdFeB复合系统中进一步证实了磁TE效应。具有高ZT的BiSb磁体系统的紧凑性使得能够在热电冷却应用中利用磁TE效应。
2019-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical and experimental search for ZnSb based thermoelectric materials
我们报告了半导体锌锑热电材料的理论和实验相结合的搜索。三个新的掺杂元素（钠，钾和硼）的电子性质的影响进行了研究，以及通过密度泛函计算和玻尔兹曼输运理论得到的热电系数的载流子浓度和温度依赖性。掺杂元素引起的电子排列扭曲表现为原子周围的变形电荷密度。基于能带结构、态密度和输运性质，我们发现在ZnSb基质中Na和K的存在导致p型导电性略有改善，而B的取代导致n型掺杂。由于对获得n型ZnSb基材料的强烈需求，B0.01Zn0.99Sb结构已转移到实验室，以便通过直接熔融合成。用X射线衍射和扫描电镜对样品进行了表征。
2014-08-26 cond-mat.mtrl-sci
An improved approach to manufacture CNT reinforced magnesium AZ91 composites with increased strength and ductility
采用聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行了Pt纳米粒子的“逐层”修饰。样品的透射电子显微镜（TEM）图像和能量色散X射线（EDX）分析证实Pt沉积在CNT表面上。多壁碳纳米管表面包覆Pt纳米粒子后，其在溶剂中的分散性和分散稳定性得到了提高。采用熔体搅拌法制备了MWCNTs增强镁基AZ 91复合材料。复合材料的压缩测试表明，添加0.05\% wt的Pt-涂层的MWCNT在AZ 91中改善复合材料的机械性能相比，纯AZ 91和原始MWCNT/AZ 91。使用扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的断裂表面分析显示，在Pt涂覆的MWCNT/AZ 91复合材料的情况下，个体拉出了MWCNT。我们将这一发现归因于Pt涂覆的MWCNTs在Mg中的均匀分散，这是由于Pt涂覆的MWCNTs在Mg熔体中的润湿性得到改善。分子动力学（MD）模拟的Pt涂层的多壁碳纳米管和镁之间的相互作用支持这种解释。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Optimization and Characterization of Thermoelectric Properties in Selenium-Doped Bismuth Telluride Ultra Thin Films
本文利用三源热共蒸发制备并优化近 30 nm 的硒掺杂 Bi₂Te₃₋ₓSeₓ 超薄膜，精确调控组分与晶相，实现 400 μV/K 塞贝克系数和 1 mW/mK² 功率因子。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Surface oxidation and thermoelectric properties of indium-doped tin telluride nanowires
近年来，碲锡基化合物优异的热电性能和拓扑表面态的发现引起了各研究领域的广泛关注。铟掺杂的SnTe是特别感兴趣的，因为取决于掺杂水平，它可以在体价带中产生共振态，导致增强的热电性能，或者诱导与拓扑状态共存的超导性。在这里，我们报告的气相沉积的In掺杂的SnTe纳米线及其表面氧化和热电性能的研究。纳米线的生长是由Au催化剂辅助的，并且它们的形貌作为衬底位置和温度的函数而变化。透射电子显微镜表征揭示了在单晶纳米线的非晶表面的形成。X射线光电子能谱学研究表明，纳米线表面由In2O3，SnO2，Te和TeO2组成，这些成分可以通过氩离子溅射容易地去除。将清洁的纳米线暴露于大气中仅在一分钟内产生表面的快速氧化。在相同的In掺杂纳米线上进行电导率σ、热电势S和热导率\k{appa}的表征，其显示出抑制的σ和\k{appa}，但增强的S产生比未掺杂的SnTe改进的热电优值ZT。
2017-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomically sharp 1D SbSeI, SbSI and SbSBr with high stability and novel properties for microelectronic, optoelectronic, and thermoelectric applications
在具有低源极到漏极电流的晶体管尺寸的缩放中，高度期望具有某些电子特性的1D半导体。通过第一性原理计算，我们发现了三种具有高稳定性和新颖电子性质的一维材料SbSeI，SbSI和SbSBr。这些一维材料的动力学和热稳定性进行了研究。由于量子限制，体到1D的转变导致带隙、有效质量和静态介电常数的急剧变化，使得1D SbSeI成为栅极长度短于1 nm的晶体管的非常有前途的沟道材料。在小的单轴应变下，这些材料从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，为光电子器件和机械传感器铺平了道路。此外，这些材料的热电性能比它们的本体对应物显著提高。最后，我们证明了合成这种原子尖锐的V-VI-VII化合物的实验可行性。这些非常理想的性能使SbSeI，SbSI和SbSBr有前途的一维材料在未来的微电子，光电子，机械传感器和热电应用。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci
The role of ionized impurity scattering on the thermoelectric performances of rock salt AgPbmSnSe2+m
本文报道了具有岩盐结构的AgPbmSnSe ~（2+）m（m = +，100，50，25）多晶样品的成功合成和性质。在160 K和400 K之间，该系统中的载流子的主要散射过程从PbSe中的声学声子散射到AgPbmSnSe 2 +m中的电离杂质散射，这协同优化了电和热输运性质。由于AgSnSe 2的微弱量，塞贝克系数通过提高散射因子而增强，电导率通过增加空穴浓度而改善，空穴浓度的增加与其迁移率的有限降低相耦合，并且总热导率通过抑制双极热导率而降低。因此，AgPbmSnSe 2 +m（m = 50）的ZT在889 K时达到1.3。这项研究中提出的机制为改善其他系列材料的热电性能开辟了新的途径。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of PbTe-CoSb3 bulk polycrystalline composite: the role of microstructure and interface thermal resistance
对PbTe-CoSb_3多晶复合材料的微观结构和界面热阻对热导率的影响进行了系统的实验和理论研究。特别讨论了分散相颗粒尺寸与界面热阻（R_{int}）对声子热导率（κ_{ph}）的关系。为此，制备了一系列不同CoSb_3颗粒尺寸的PbTe-CoSb_3多晶复合材料。结构（XRD）和微观结构分析（SEM/EDXS）证实了假定的化学和相组成。由PbTe和CoSb_3相的测量声速确定声阻抗差（ΔZ）。界面热阻（R_{int}）的计算采用德拜模型，并与实验R_{int}一致。结果表明，当分散相（CoSb_3）的粒径小于临界值~ 230 nm时，复合材料的κ_{ph}可能会降低。这种关系的结论是至关重要的控制复合热电材料中的热传输现象。选择具有不同弹性性能（声阻抗）和小于Kapitza半径的颗粒尺寸的组分导致了具有设计热性能的复合TE材料工程的新方向
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Effect of crystal field engineering and Fermi level optimization on thermoelectric properties of Ge$_{1.01}$Te: Experimental investigation and theoretical insight
这项研究显示了一种通过在阳离子位点上Ti和Bi共掺杂以及通过同时优化电子（通过晶体场工程和精确的费米能级优化）和热（通过点缺陷散射）传输特性来用Ge自掺杂来增强GeTe基材料的热电特性的方法。原始的GeTe由于本征Ge空位而具有高载流子浓度（$n$）、低塞贝克系数（$α$）和高热导率（$κ$）。Ge空位优化和晶体场工程导致经由过量Ge和Ti掺杂的增强的$α$，其通过经由Bi掺杂的能带结构工程进一步改善。由于提高了$α$和优化了费米能级（载流子浓度），Ti-Bi共掺Ge $_{1.01}$ Te获得了增强的功率因数（$α^2σ$）。这些实验结果也证明了理论计算的能带结构，和热电参数，分别使用密度泛函理论和Boltztrap计算。在300 K时，GeTe中Ti-Bi共掺杂的声子热导率（$κ_{ph}$）从$\sim$ 3.5 W.m $^{-1}$. K $^{-1}$显著降低到$\sim$ 1.06 W.m $^{-1}$ .K $^{-1}$，归因于质量和应变场波动引起的点缺陷散射，符合Debye-Callaway模型。声子色散的计算表明，在Ti-Bi共掺杂的GeTe的群速度下降，支持所获得的约化$κ_{ph}$。在本研究中使用的策略可以显着增加有效质量，优化载流子浓度，并降低声子热导率，同时实现了令人印象深刻的最大zT值为1.75，在773“，K和平均zT（$_{av}$）为1.…
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-segregation to grain boundaries controls electrical conductivity of n-type NbCo(Pt)Sn half-Heusler alloy mediating thermoelectric performance
未来热电材料的科学驱动设计需要深入了解微观结构和传输特性之间的基本关系。多晶材料中的晶界通过空间电荷效应引起的声子散射或电子俘获来影响热电性能。然而，目前缺乏对晶界相关特征的仔细研究，阻碍了性能的进一步优化。在这里，我们研究了n型NbCo 1-xPtxSn半Heusler合金，这是通过球磨和放电等离子烧结（SPS）合成的。在一个样品上进行SPS后退火，导致改善的低温电导率。用电子显微镜和原子探针断层扫描对两种样品的显微结构进行了观察。退火后，晶粒尺寸从约230 nm增大到约2.38 μm。Pt被发现在晶粒内和晶界处，在那里它局部地降低电阻率，如通过原位四点探针电导率测量所评估的。我们的工作展示了微观结构和电导率之间的相关性，通过调整晶界的化学成分为未来的微观结构优化提供了机会。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the role and interplay of heavy hole and light hole valence bands in the thermoelectric properties of PbSe
PbSe的热电性能在最近几年有了显著的提高，达到了ZT 1.6的优值。空穴掺杂的高温热电材料PbSe的输运性质特别令人感兴趣，并且在其中起着关键作用。在这里，他们在很宽的温度和空穴浓度范围内进行了分析。实验中观察到的塞贝克系数和霍尔系数的变化的特殊功能，可以占内的两个频带模型的框架。两个价带分开的温度依赖的能量偏移被认为是。在室温下，轻空穴带的极值态密度质量为0.27mo。它是非抛物线和各向异性的，可以用凯恩模型来描述。重空穴带的极值是各向同性的抛物线型，态密度大得多，质量为2.5mo。我们发现，对于重掺杂的组合物的高质量带贡献的塞贝克系数，即使在室温下。随着温度的升高，空穴从轻空穴转移到重空穴分支，产生反常的温度依赖霍尔系数，在650K附近达到峰值。
2015-02-04 cond-mat.mtrl-sci
