First-Principles Theory of Competing Order Types, Phase Separation, and Phonon Scattering in Thermoelectric Pb-Sb-Ag-Te Alloys
使用第一性原理集团展开，我们揭示了最近发现的高性能热电材料，Pb-Ag-Sb-Te合金的固态相图和结构。所观察到的纳米级的不均匀性被证明是有序的（Ag）m（Sb）n（Te）m+n相，如AgSbTe 2，所有与岩盐PbTe不混溶的相干沉淀。PbTe在AgSbTe 2中的溶解度高，而（Ag，Sb）Te在PbTe中的溶解度低（850 K时8%对0.6%）。PbTe和AgSbTe 2声子谱的差异证实了非均匀性增强了热电性能。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering High Thermoelectric Figure of Merit in (Hf,Zr)NiSn Half-Heusler Alloys
Half-Heusler合金（MgAgSb结构）是一种很有前途的热电材料。RNiSn半Heusler相（R=Hf，Zr，Ti）的热稳定性研究最多。在~450- 900 oC的温度范围内获得的最高无量纲优值（ZT）为~1，主要在纳米结构合金中实现。通过适当的退火处理，在没有纳米结构的ZT~1 n型（Hf，Zr）NiSn相中获得了ZT~1.2。功率因数明显增加，载流子密度降低，载流子迁移率增加。这一发现归因于结构有序性的改善。本方法可用于优化Heusler型合金的功能特性。
2015-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Ensemble averages of ab initio optical, transport, and thermoelectric properties of hexagonal Si$_x$Ge$_{1-x}$ alloys
基于密度泛函理论计算、玻尔兹曼输运方程和广义准化学近似，我们对纯的和掺杂的六方Si $_x$ Ge $_{1-x}$合金的光学、输运和热电性质进行了全面的第一性原理研究，以获得合金平均的电子性质。在低温下，相分解成六方基本晶体是有利的，但周围和以上的室温随机合金预计是稳定的。虽然六方Si具有间接带隙，但六方Ge的带隙是直接的，在吸收边处具有非常弱的光学跃迁。当Si含量低于45%时，合金带隙保持直接，最低光学跃迁的振子强度通过合金化有效地增强。光学光谱显示出清晰的趋势，吸收边和突出的峰都可以与组合物进行调谐。在立方和六方合金中，输运系数对载流子浓度和温度的依赖性是相似的。然而，后者显示各向异性响应由于减少六边形对称性。特别是，运输质量表现出显着的方向依赖性。$n$掺杂合金的塞贝克系数和热电功率因数随Si含量的变化不随温度而单调变化。
2022-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Substantial enhancement in thermoelectric figure-of-merit of half Heusler ZrNiPb alloys
三元半Heusler合金是近年来研究的热点之一，其热电优值（ZT）的提高是研究的重点。特别令人感兴趣的是ZrNiPb基半赫斯勒（HH）合金，其中在773 K的ZT = 0.7的最佳值已通过共掺杂Sn和Bi在Pb位实现。在这项工作中，我们确定了一个优秀的ZT为1.3的ZrNi1+ xPb0.38Sn0.6Bi0.02（x= 0.03，在773 K）复合合金。这是通过在HH基质中引入全Heusler（FH）的次要相来协同调节电子和热性质来实现的。这些富Ni的ZrNi 1+合金通过电弧熔化合成，然后通过火花等离子烧结（SPS）固结。xPb0.38Sn0.6Bi0.02通过XRD和SEM表征了这些合金，其显示了包括HH基质相和FH第二次次要相的纳米复合材料的形成。ZT的提高主要归因于功率因数的同步提高和热导率的约25%的降低。还计算了所有样品的热电相容性因子（S）。理论计算的热电器件效率最好的样品ZrNi 1.03 Pb 0.38 Sn 0.6 Bi 0.02估计为13.6%。我们的研究结果表明，通过成分调整方法在HH化合物中进行控制微调将导致新的非化学计量HH相，其具有增强的ZT值，用于高效的热电器件制造。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High thermoelectric power factor in Ni-Fe alloy for active cooling applications
本研究通过机器学习筛选出Ni-Fe合金，其热电功率因数在200K时高达120 μW/{cm.K^2}，且有效热导率在250K以上超过纯铜，适用于主动冷却。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Mapping Thermoelectric Transport in a Multicomponent Alloy Space
对高熵合金热电材料的兴趣基于通过大的组成无序实现超低晶格热导率$κ\sub{L}$。然而，在这里，我们表明，对于一个给定的机制，如质量对比声子散射，$κ\sub{L}$将最小化沿二元合金具有最高的质量对比度，这样，添加一个中等质量的原子，以增加原子无序可以增加热导率。只有当每个组件都添加了一个独立的散射机制（如将应变波动添加到现有的质量波动）时，才有好处。此外，已知载流子和载热声子由于合金效应而经历散射，导致热电性能的折衷。我们应用解析传输模型，微扰和有效介质理论的基础上，预测合金散射将如何影响整个组成范围内的几个伪三元和伪四元合金系统的热和电子输运。要做到这一点，我们证明了一个多组分的扩展到热和电子的二元合金散射模型的基础上的虚晶近似。最后，我们表明，在计算热力学中使用的常见的功能形式可以应用到这个问题，以进一步概括的散射行为建模。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Defect induced structural and thermoelectric properties of Sb2Te3 alloy
报道了金属和半导体Sb_2Te_3的结构和热电性质。X射线衍射和拉曼光谱研究表明，半导体样品具有较高的缺陷密度。强调了可能的缺陷的性质和起源。半导体Sb_2Te_3中存在大量的缺陷，这些缺陷作为散射中心，导致电阻率、热电势和功率因数的增加。热电势数据表明合成样品的p型性质。它是证明，表面状态往往是混合与体状态，引起金属性在Sb2Te3。讨论了不同散射机制对Sb_2Te_3热电性能的影响。
2015-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport trends in group 4 half-Heusler alloys
从第一性原理出发，研究了54种不同的4族半赫斯勒（HH）合金的热电性能。电子输运的研究与密度泛函理论使用混合泛函促进的$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$方法，而温度依赖的有效势方法用于声子贡献的优值$ZT$。计算了声子热导率，包括非简谐声子-声子、同位素、合金和晶界散射。HH合金具有${\it XYZ}$组成，并且在此研究的合金在4-9-15族（Ti，Zr，Hf）（Co，Rh，Ir）（As，Sb，Bi）和4-10-14族（Ti，Zr，Hf）（Ni，Pd，Pt）（Ge，Sn，Pb）中。发现热导率的电子部分显著影响$ZT$，从而影响最佳掺杂水平。此外，功能的选择被发现显着影响热电性能，特别是对于表现出带对齐功能的结构。当考虑合金和晶界散射时，本征热导率显着降低，这也降低了热导率的分布。发现在${\it Z}$ -位点（即由第14或15族元素占据的位点）上的亚晶格无序比由第4族元素占据的${\it X}$ -位点取代更有效。计算结果证实了ZrNiSn、ZrCoSb和ZrCoBi基合金具有良好的热电性能。考虑到可以实现足够高的载流子浓度，一些其他n型和p型化合物也被预测为潜在的优异热电材料。这项研究提供了深入了解HH合金的热电势，并为优化多组分合金的热电性能提供了策略。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall 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
Conventional Half-Heusler Alloys Advance State-of-the-Art Thermoelectric Properties
半赫斯勒（HH）相作为用于功率转换的热稳定且无毒的热电材料已经获得了很多关注。迄今为止研究最多的合金使用Hf、Zr和Ti作为基础成分。这些合金可以实现接近1的中等无量纲品质因数ZT。最近的研究已经通过采用纳米结构和新颖的组合物来实现更大的ZT，达到高达1.5，从而提高了HH合金的热电性能。在这里，我们报告说，传统的合金化技术应用于传统的铪锆基半赫斯勒合金也可以导致特殊的ZT。具体来说，我们提出了良好的研究p型Hf0.3Zr0.7CoSn0.3Sb0.7，以前报道有一个ZT~0.8，共振掺杂小于1原子。在Sn/Sb位上的金属Al含量为1.0%时，980 K时的ZT接近1.5。这是通过在高温下显著提高功率因数（约65%）和显著但较小的热导率降低（约13%）来实现的。这些有利的热电性能进行了讨论，在费米能量附近的状态密度的局部异常，旨在提高塞贝克系数，所揭示的第一性原理计算，以及出现的高度异质性的晶粒结构，可以散射声子跨越不同的长度尺度，有效地抑制了热导率。因此，在一个单一的抛物带模型中，有效质量从~ 7到10 me显著增加，与第一性原理计算的结果一致。通过常规和非复杂的方法在通常研究的半赫斯勒合金中发现高ZT，为进一步发现类似类型的合金开辟了新的途径。此外，我们有理由相信，这项研究将重振在传统合金系统中探索高热电性能的努力。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistive property study of direct and indirect band gap thermoelectric Bi-Sb alloys
我们报告的直接和间接带隙铋锑（Bi-Sb）合金的磁阻性能。带隙随磁场的增大而增大。观察到接近400%的大的正磁阻（MR）。低场MR经历二次增长，并且在高场下，它遵循几乎线性的行为，没有饱和的迹象。从低场MR数据提取的载流子迁移率显示出显著的高值。MR和流动性之间的相关性被揭示。我们证明，在高场的强近线性MR可以很好地理解的经典方法，共同建立的Parish和Littlewood。
2014-08-19 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput exploration of alloying as design strategy for thermoelectrics
我们探索一种材料设计策略，以优化热电功率因数。该方法是基于筛选的能带结构的变化后，一个控制的体积变化。该方法适用于二元硅化物和锗化物。我们首先确认在反萤石Mg2Si和Mg2Ge中的效果，其中通过与Mg2Sn合金化来增加功率因数是实验建立的。在一个高吞吐量的形式主义，我们确定了六个以前未报告的二进制文件，表现出改善其运输性能与体积。其中，六方MoSi_2和正交Ca_2Si和Ca_2Ge的zT随体积的增加最大。然后，我们进行超细胞计算的特殊准随机结构，以调查获得的可能性，稳定的合金系统，将产生必要的体积变化。我们发现，对于Ca_2Si和Ca_2Ge，即使在低温下也容易形成具有同构Ca_2Sn的固溶体。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Multi-Principal-Element Approach to High-Performance Thermoelectric Materials
高熵合金的特征在于高构型熵。自2004年发现高熵合金（HEA）以来，熵工程为利用成分、晶格无序、能带结构和微结构效应来提高热电性能提供了一个很有前途的方向。本文讨论了熵对热电性能的影响，并回顾了多主元素合金，HEA的较弱版本，在成分复杂的热电合金的发展中实现高热电性能的作用。在广泛的材料系统，如TAGS，LAST，半Heusler，液体状铜硫属化物，SnTe和CuInTe2黄铜矿的实验和理论的努力提供了深入的熵工程方法，也承诺一个新兴的高熵热电范例。
2019-11-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Homogenous $In_{x}Ga_{1-x}N$ alloys on ZnO substrates: A new approach for high performance thermoelectric materials
用于宽温度范围应用的高性能热电材料仍然是一个挑战。在这项研究中，我们已经产生了高品质的均匀$In_{0.32}Ga_{0.68}N$的ZnO基板上，在高铟含量没有相分离，使用金属有机化学气相沉积热电应用。获得了0.86的创纪录的高室温品质因数zT，其比现有技术的高温热电材料SiGe的室温品质因数zT大五倍。这些材料被示出为具有接近完美的掺杂浓度，以最大化zT，而不管散射机制。zT的这种几乎一个数量级的增加是由于来自氧共掺杂的大电导率以及来自合金散射的低热导率。在300 K时，在载流子浓度为$~6.25x10^{20} cm^{-3}$时，$In_{0.32}Ga_{0.68}N$合金的最大功率因数为$77.98x10^{-4} W/mK^{2}$。这表明$In_{x}Ga_{1-x}N$合金具有很大的热电应用潜力，特别是在高温范围。
2019-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pt-induced semimetallic transport and enhanced thermoelectric response in the half-Heusler alloy YNi_{0.5}Pt_{0.5}Bi
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Damanhour University（达曼胡尔大学）；Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Tohoku University（东北大学）
本研究探究半赫斯勒合金YNi_{0.5}Pt_{0.5}Bi的输运与热电性质，发现Pt取代Ni可诱导其转变为半金属，提升塞贝克系数并降低热导率，为调控该类化合物性质提供了有效途径。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unlocking Thermoelectric Potential: A Machine Learning Stacking Approach for Half Heusler Alloys
本文提出融合 Random Forest 与 XGBoost 的堆叠集成模型，基于多类热电物性数据预测半赫斯勒合金性能，并识别温度等关键影响特征。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
\textit{Ab initio} study of Bi-based half Heusler alloys as potential thermoelectric prospects
本文采用第一性原理方法研究了六种重元素铋基18-VEC半Heusler合金CoTiBi、CoZrBi、CoHfBi、FeVBi、FeNbBi和FeTaBi，以寻找更好的热电前景。动机是由预期的较低的热导率和最近发现的CoZrBi基材料驱动的。值得注意的是，我们计算出的所有系统的功率因数值显示出的$\sim$ 40\%的增量相比，报告的\textit{p}型CoTiSb。我们建议，在Bi位掺杂，考虑到电子功能，将有助于实现建议的功率因数值。有趣的是，与报道的CoTiSb相比，CoTiBi和CoZrBi的热导率被发现较低，而CoHfBi的热导率几乎平行。我们还提供了保守的估计的品质因数，超过报告的CoTiSb和可比的FeNbSb。总的来说，我们的研究结果表明，铋基三元化合物的高热电性能的潜在的新的候选人。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of disordered half-Heusler alloys \textit{X}Fe$_{0.5}$Ni$_{0.5}$Sn (\textit{X} = Nb, Ta) as thermoelectric prospects
半Heusler合金的高晶格热导率一直是热电应用的主要瓶颈。无序的半赫斯勒合金可能是解决这一困境的一个合理选择。在本文中，利用第一性原理模拟，我们已经证明了低晶格热导率在两个这样的阶段，NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn相比，众所周知的半赫斯勒合金TiCoSb。我们跟踪低热导率的短声子寿命，起源于声学和低位光学声子之间的相互作用。我们建议纳米结构作为进一步降低晶格热导率的有效途径。我们进一步预测这些合金可以在400-600~K的温度范围内和载流子浓度小于10 $^{21}$载流子cm $^{-3}$的情况下得到最佳的应用。与TiCoSb相比，我们发现NbFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn和TaFe $_{0.5}$ Ni $_{0.5}$ Sn的$ZT$中$\sim$分别增强35%和17%。我们对这些发现持乐观态度，并相信这些材料将吸引实验研究。
2023-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Sm-Co-based amorphous alloy films for zero-field operation of transverse thermoelectric generation
利用磁性材料进行横向温差发电是发展主动热工程技术的必要条件，不仅要求提高温差发电的输出功率，而且要求提高其适用性和通用性。本研究利用组合材料科学和锁相热成像技术，系统地研究了Sm-Co基合金薄膜的横向热电性能。高通量材料研究揭示了最好的Sm-Co基合金具有大的反常能斯特效应（ANE）以及反常艾丁肖森效应（AEE）。除了ANE/AEE之外，我们还在这些合金中发现了独特和优越的材料特性：非晶结构，低热导率，以及大的面内磁化率和反磁化强度。这些特性使其优于传统材料，以实现基于ANE的热通量传感应用，因为我们的Sm-Co基薄膜可以在没有外部磁场的情况下产生热电输出。重要的是，无定形性质使得这些膜能够在包括柔性片材在内的各种基底上制造，使得大规模和低成本制造更容易。我们的演示将为开发用于智能热管理的柔性横向热电器件提供一条途径。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermoelectric performance of Ni-Au metallic alloys determined by resonant scattering
本文采用KKR-CPA与Kubo-Greenwood第一性原理方法研究Ni-Au合金，揭示Fermi能级附近共振散射与弱散射转变及平带导致其高热电势。
2025-09-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the electronic and thermoelectric properties of Fe2 ScX (X = P, As and Sb) full Heusler alloys by using first principles calculations
本文报道了三种新的具有良好热电性能并有望在实验室合成的全Heusler合金。它们是Fe 2 ScP、Fe 2 ScAs和Fe 2 ScSb化合物。前两种化合物为间接带隙半导体，后一种化合物为半金属基态。Fe_2ScP和Fe_2ScAs的带隙分别为0.3和0.09eV。这些化合物显示出沿Γ -X方向存在平坦的导带，这表明了大的类电子有效质量，并且有望使化合物具有非常好的热电行为。在200 K时，Fe_2ScP、Fe_2ScAs和Fe_2ScSb化合物的Seebeck系数分别为-770、-386和-192 UNFV/K。在这些材料中的n型掺杂预期的最大功率因数（PF）。重掺杂的Fe 2ScP和Fe 2ScAs在宽的温度范围内具有PF>60，这与Bi 2 Te 3的PF相当，Bi 2 Te 3是众所周知的并且是商业上使用的最好的热电材料之一。目前的工作表明，这些材料在很宽的温度范围内可能的热电适用性。
2014-06-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigations of orthorhombic-cubic phase transition and its effect on thermoelectric properties in cobalt-based ternary alloys
我们通过第一性原理方法筛选了六个钴基18-VEC系统CoVSi，CoNbSi，CoTaSi（Si-组）和CoVGe，CoNbGe，CoTaGe（Ge-组），动机是将这些正交相稳定到有利于热电的立方对称性。值得注意的是，它被发现，Ge组是积极更有利的立方对称性比迄今正交相。我们将Si-基团的立方基态解释为内压和共价相互作用的相互作用。共价相互作用的原理将提供一个洞察力，并可能是至关重要的，在加快寻找失踪的立方半赫斯勒合金。同时，计算的所有系统的\textit{p}型掺杂，除了CoVSi的输运性质是更有前途的比众所周知的CoTiSb。我们还提供了保守的估计的品质因数，超过CoTiSb。基于我们的研究结果，我们提出了热电应用的三元化合物的可能的新阶段。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
High Thermoelectric Figure of Merit by Resonant Dopant in Half-Heusler Alloys
Half-Heusler合金具有良好的热稳定性和优良的ZT值，是高温热电材料的重要组成部分。Simonson等人早期表明，在Hf0.75Zr0.25NiSn中掺杂少量的钒提高了塞贝克系数，并将这种变化与费米能级附近态密度的增加相关联。本文系统研究了钒（V）、铌（Nb）和钽（Ta）作为准共振掺杂剂在提高基于Hf0.6Zr0.4NiSn0.995Sb0.005的n型半赫斯勒合金的ZT中的作用。发现V掺杂在300-1000 K的温度范围内增加塞贝克系数，与共振掺杂方案一致。相比之下，Nb和Ta充当正常的n型掺杂剂，如通过电阻率和塞贝克系数的系统性降低所证明的。由于V共振态的存在和热导率的降低而增强的Seebeck系数的组合导致n型（Hf0.6Zr0.4）0.99V0.01NiSn0.995Sb0.005合金在850 K附近的最新ZT为1.3。
2017-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Composition and temperature dependence of the thermoelectric power of Ni$_{2+x}$Mn$_{1-x}$Ga alloys
用热电势法（TEP）研究了Ni $_{2+x}$ Mn $_{1-x}$ Ga（0 $\le$ x $\le$ 0.19）中与中间马氏体和马氏体相变有关的电子结构的变化.样品已通过a.c.磁化率测量研究了Ni $_{2+x}$ Mn $_{1-x}$ Ga中对Ni含量增加敏感的微观结构变化与TEP之间的相关性。TEP温度变化所反映的态密度变化与晶格畸变的Jahn-Teller机制所得出的结论一致。
2006-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Large anomalous Nernst effect in non-crystalline Gd-Fe ferrimagnetic alloy films for flexible thermoelectric applications
反常能斯特效应（ANE）是一种基于磁性金属的热电荷转换机制，在薄热电器件中的应用已得到广泛研究。低磁化强度和室温下的制备对于塑料衬底上的柔性ANE热电器件是重要的。因此，我们在这项研究中，通过系统地改变Gd组分x，研究了具有低磁化强度的亚铁磁GdxFe 100-x薄膜中的ANE。虽然具有接近磁补偿组分的Gd组分的Gd 33 Fe 67膜表现出非常低的磁化强度，但获得了2.13 uV/K的ANE系数|S_ANE|，这接近于迄今为止报道的最高值。最后，我们证明了ANE在柔性片材上沉积的Gd 33 Fe 67膜中。在保持样品柔性的同时获得了足够的ANE电压，表明该材料在利用Gd-Fe膜的ANE的热电器件中的潜在应用。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of hydrostatic pressure and alloying on thermoelectric properties of van der Waals solid KMgSb: An \textit{ab-initio} study
本文通过第一性原理与玻尔兹曼输运理论研究静水压力和合金化对KMgSb热电性能的影响，发现其n型和p型zT相近且压力降低和Bi掺杂可显著提升热电优值至1.45。
2023-06-09 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
Microstructure of a spark-plasma-sintered Fe2VAl-type Heusler alloy for thermoelectric application
本文通过富氮雾化和火花等离子体烧结在Fe2VAl基Heusler合金中构建多层级缺陷结构，并结合微观表征与热电测量，证明缺陷工程可显著降低热导率并提升热电性能。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Recent Advances in Nanostructured Thermoelectric Half-Heusler Compounds
Half-Heusler（HH）合金在700 K及以上的温度范围内（接近大多数工业废热源的温度范围）作为有前途的热电（TE）材料引起了相当大的兴趣。在过去的几年中，纳米结构在显著提高几种HH合金的TE性能方面发挥了重要作用。本文简要综述了近年来HH纳米复合材料的研究进展。我们首先介绍HH合金的结构和用于改善HH合金TE性能的不同策略。接下来，我们回顾HH纳米复合材料的细节，通过不同的技术。最后，审查结束时，突出了几个有前途的战略，在这些非常有前途的TE材料的进一步研究方向。
2013-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Bismuth based Half Heusler Alloys with giant thermoelectric figure of merit
Half Heusler（HH）热电合金提供了一个广泛的平台，可以选择无毒和富含地球元素的材料。本文提出了一个从头算理论评估的电和热输运性能的铋基最有前途的热电合金，选择了54个稳定的HH化合物。这些是最近提出稳定的全新化合物（Nature Chem.7，308（2015）），并且可能具有令人感兴趣的性质。计算的能带结构的三个化合物，即HfRhBi，ZrIrBi和ZrRhBi，作为一个提示，他们有前途的热电性能。为了获得这些未报道系统的理论预测的信心，我们首先检查了我们的计算结果，一个良好的研究类似的化合物，ZrNiSn，并显示出合理的协议与测量。HfRhBi和ZrIrBi是窄带隙半导体，而ZrRhBi是中等带隙半导体。详细研究了载流子浓度和温度对Seebeck系数（S）、功率因数（S $^2 σ$）、晶格（$κ_L$）和电子（$κ_e$）热导率的影响，并由此得到了品质因数（ZT）。与大多数有前途的已知热电材料相比，我们发现这些材料具有高功率因数（p型ZrIrBi的最高S $^2 σ\sim$ 17.36 mWm $^{-1}$ K $^{-2}$）。三种系统（特别是p型系统）均表现出很高的品质因数，理想晶体的ZT值高达0.45。计算了这三种化合物的最大ZT和相应的最佳n型和p型掺杂浓度（$n_c$），为今后的实验工作提供了指导。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Thermoelectric Properties of Half-Heusler Alloys NiTZ
本文基于密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了18价电子half-Heusler合金NiTZ的热电性能，发现NiScP、NiScAs、NiScSb为间接带隙半导体，在1200 K时ZT值分别达0.46、0.35和0.29，并指出适当掺杂可进一步提升性能。
2020-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A computational study of thermoelectric conversion in the PbSe$_{x}$Te$_{1-x}$ semiconductor alloys
University Abou Bekr Belkaid（阿布·贝克尔·贝尔卡伊德大学）
本研究通过DFT计算分析了PbSe_xTe_{1-x}合金的结构、电子和热电性质，发现其具有较高的热电优值，表明其在热电材料中具有应用潜力。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and Thermoelectric Properties of CoFeYGe (Y= Ti, Cr) Quaternary Heusler Alloys: First Principle Calculations
在热电应用中利用材料需要机械、热和晶格稳定性以及高品质因数（ZT）。本文采用密度泛函理论（DFT）研究了CoFeYGe（Y = Ti，Cr）四元Heusler化合物的结构、电学、磁学、力学、热力学、动力学和热电性能.计算的力学性能和声子色散表明，这些化合物的结构是稳定的。CoFeCrGe和CoFeTiGe化合物都显示出铁磁和亚铁磁半金属行为，带隙分别为0.41和0.38 eV。晶格热导率（\k{appa} L）表现出较低的值，对于CoFeCrGe（CoFeTiGe）在1100 K时达到3.01 W/（m.K）（3.47 W/（m.K））。光学声子模对CoFeCrGe（CoFeTiGe）的\k{appa} L值有60.2%（70.9%）的贡献. CoFeCrGe和CoFeTiGe分别获得了0.71和0.65的高ZT值。根据我们的计算，CoFeCrGe和CoFeTiGe结合了良好的自旋电子和热电行为，可用于自旋注入应用。
2019-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric performance of p-type half-Heusler alloys ScMSb (M = Ni, Pd, Pt) by ab initio calculations
从第一性原理研究了ScNiSb、ScPdSb和ScPtSb的结构、电子和输运性质。电子能带结构内得到的完全相对论MBJLDA方法进行了比较，从标准的GGA计算。所研究的所有化合物都具有间接窄带隙（0.24-0.63 eV）。类空穴载流子的有效质量相对较小（0.27-0.36），并且随着过渡金属组分的原子序数的增加而减小。载流子弛豫时间，所需的电导率的现实计算，近似内的变形势理论。GGA的方法得到高估的传输特性相对于那些来自MBJLDA分析。ScPtSb在高温下获得的最大功率因子为4-6 mWK（^-2 m（^-1）。该值与Fe-Nb-Sb半Heusler合金实验观察到的值相当，因此使ScPtSb成为热电应用的非常好的候选材料。
2018-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Entropy Stabilized ZrHfCoNiSnSb Half-Heusler Alloy for Thermoelectric Applications: A Theoretical Prediction
本研究通过计算预测了一种熵稳定的半霍伊斯勒合金ZrHfCoNiSnSb，其具有低晶格热导率和高达1.00的ZT值，为高温热电应用提供了新候选材料。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Mechanical Study of the Electronic Structure and Thermoelectric Properties of Heusler Alloys
本文通过从头计算方法研究PdMnSn及六种新型Heusler合金的电子结构、声子色散和电导率，揭示半金属性来源，并为设计C1b和L21结构半金属Heusler合金的成分选择提供依据。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Temperature-dependent structural property and power factor of n type thermoelectric Bi0.90Sb0.10 and Bi0.86Sb0.14 alloys
本文报道了Bi_（1-x）Sb_x（x=0.10，0.14）多晶样品的结构性质、线性热膨胀系数、电阻率、热电势和功率因数随温度的变化。温度依赖的粉末衍射实验表明，样品不经历任何结构相变。Rietveld精化技术已被用于进行详细的结构分析。发现Bi 0.90 Sb 0.10的热膨胀系数的温度依赖性更强。此外，直接带隙Bi 0.90Sb 0.10的功率因数比间接带隙Bi 0.86Sb 0.14的功率因数高。讨论了电子-电子和电子-声子散射对电阻率、热电势和功率因数的影响。
2013-12-13 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
Asymmetric Electronic Band Alignment and Potentially Enhanced Thermoelectric Properties in Phase-Separated Mg2X (X=Si,Ge,Sn) Alloys
该研究通过第一性原理计算发现Mg2X合金相分离界面处价带偏移远大于导带偏移，可利用能量过滤效应显著提升p型材料的热电功率因子。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Effects of W alloying on the electronic structure, phase stability and thermoelectric power factor in epitaxial CrN thin films
本研究结合从头算计算与实验，探究W合金化对CrN薄膜热电性能的影响，发现稀W掺杂理论上可提升功率因子，但实验中因h-Cr₂N相和W析出导致性能下降，明确了控制W掺杂量在溶解度内的重要性。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the electronic thermoelectric properties of bulk strained silicon-germanium alloys using the scattering relaxation times from first principles
本研究利用第一性原理方法计算单晶n型硅锗合金的电子热电性能，发现3%拉伸静水压应变在高温高掺杂下可使ZT提高50%，其增强机制在不同Ge组分下分别源于Lorenz数降低和Γ导带谷电子占据导致的电导率增加。
2019-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Realizing record-high transverse thermoelectric figure of merit at room temperature in artificially tilted multilayers based on high power factor NiFe alloy
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Resonac Corporation（瑞萨科株式会社）
该研究基于高功率因数NiFe合金设计人工倾斜多层膜，在室温无外磁场下实现创纪录的横向热电优值zᵧₓT=0.36，为室温横向热电材料的实用化奠定基础。
2026-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Mg doped Mercury Selenide HgSe
采用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运理论，系统研究了Mg掺杂浓度（x）对Hg 1-xMgxSe三元合金热电性能的影响。用Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似（GGA-PBE）描述交换关联势。推导并讨论了热电输运参数，如塞贝克系数（S）、弛豫时间热导率、弛豫时间电导率、功率因数（PF）和品质因数（ZT）。热电性能测试结果表明，所研究的材料可用于室温热电器件。研究还发现，Mg组分可以提高HgSe合金的热效率。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
FeTaSb and FeMnTiSb as promising thermoelectric materials: An ab initio approach
热电原理上提供了一种将废热充分利用的途径。受此启发，我们研究了两个新的铁基Heusler合金，FeTaSb和FeMnTiSb，热和电输运性质的第一性原理方法和半经典玻尔兹曼输运理论在恒定弛豫时间近似。在1100 K时，\textit{p}掺杂的FeTaSb具有高的功率因数，可与性能最好的Heusler合金FeNbSb相媲美.在室温下，\textit{n}掺杂的FeMnTiSb的功率因数高于FeNbSb和FeTaSb。值得注意的是，FeMnTiSb可用于热电模块中的\textit{n}型和\textit{p}型腿.这两个系统的Seebeck系数与早先报道的Heusler合金的Seebeck系数一致。我们还提供了两个系统的品质因数的保守估计。总的来说，我们的研究结果表明，高温热电势的FeTaSb，而低成本的FeMnTiSb是一个可行的室温热电候选材料。
2018-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Potential of NaVAs Half-Heusler Alloy: Insights from Ab-initio Calculations
本研究通过第一性原理计算发现NaVAs半霍伊斯勒合金具有半金属性、铁磁性及高热电优值（ZT接近1.0），是一种适用于绿色能源的多功能材料。
2025-09-07 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
Ab Initio Prediction of Large Thermoelectric Effect in Distorted Heusler Alloy Ti-Fe-Sb Compound
本研究通过第一性原理计算预测畸变Heusler合金TiFe$_{1.5}$Sb具有低晶格热导率和高Seebeck系数，在300 K和500 K时ZT值分别达0.88和0.91，展现出作为热电材料的巨大潜力。
2025-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Observation of pseudogap in Cr_{1-x}Y_xN magnetic alloy and its impact on the Seebeck coefficient by ab-initio calculations
本研究首次通过从头算分析Cr_{1-x}Y_xN合金，发现双自旋通道赝能隙及费米能级处态密度陡降是提升塞贝克系数和zT的关键。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Theoretical search for Chevrel phase based thermoelectric materials
本文研究了几种半导体Chevrel相的热电性质。能带结构计算用于计算热电势和估计合金化和无序对载流子迁移率的影响。在Mo位上与过渡金属如Re、Ru或Tc合金化以达到半导体组合物导致费米能级处的电子结构的巨大变化。预期这样的合金具有低载流子迁移率。填充过渡金属也被发现是不相容的高热电性能的基础上计算的电子结构。填充Zn，Cu，特别是Li被发现是有利的。这些填充的Chevrel相的计算的电子结构是一致的低散射的载流子与填充相关联的缺陷。我们期望具有接近（Li，Cu）$_4$ Mo $_6$ Se $_8$的组成的材料具有良好的迁移率和高的热电势，特别是当富含Li时，并推荐该系统用于实验研究。
1998-08-05 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening of Heusler alloys for thermoelectrics combining machine-learned densities of states and first-principles transport
Sardar Vallabhbhai National Institute of Technology, Surat（印度苏拉特萨达尔·瓦拉巴伊国立理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本研究结合机器学习态密度与第一性原理输运，对DXMag数据库中10万余种Heusler合金进行高通量筛选，确认80种候选热电材料，验证了DOS衍生指标的筛选有效性。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electron-phonon scattering, pressure and alloying on the thermoelectric performance of TmCu$_3$Ch$_4$ (Tm=V, Nb, Ta; Ch=S, Se, Te)
由于环境问题，对绿色能源的需求日益增加，热电（TE）材料是环境友好的能源之一。很少有作者报道了TmCu $_3$ Ch $_4$的高TE性能，根据忽略电子-声子散射、自旋-轨道耦合效应（SOC）和与能量相关的载流子寿命的第一性原理计算，在1000 K下达到2以上的品质因数（ZT）。在考虑这些参数的情况下，重新研究了TmCu $_3$ Ch $_4$的热电输运性质，发现在这些化合物中，p型TaCu $_3$ Te $_4$由于其低的晶格热导率（$κ_l$）（0.38 W m-1 K-1），在1000 K时的热电输运系数可以达到~3。有趣的是，$κ_l$的值通过1 GPa的压力降低到0.17 W m-1 K-1，而功率因数由于带隙减小而略有改善，导致在1000 K时的非凡ZT~5.5。虽然Se的取代使$κ_l$略有降低，降至~0.3 W m-1 K-1，但由于费米能级附近的DOS急剧降低，导致Seebeck系数大幅降低，电导率略有增加，从而使功率因数显著降低。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Partial Order-Disorder Transition Driving Closure of Band Gap: Example of Thermoelectric Clathrates
在寻求高效热电时，半导体行为是目标属性。然而，由于电子结构、温度和无序之间的复杂相互作用，这通常很难实现。我们发现这是热电包合物Ba $_8$ Al $_{16}$ Si $_{30}$的情况：虽然这种材料在基态具有带隙，但温度驱动的部分有序-无序转变导致其有效闭合。这一发现是由一种新的方法来计算温度依赖的有效能带结构的合金。我们的方法充分考虑了短程有序的影响，可以应用于复杂的合金与许多原子的原始细胞，而不依赖于有效的介质近似。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and phonon contributions to the Thermoelectric properties of newly discovered half-Heusler alloys XHfPb (X= Ni, Pd, and Pt)
在这项工作中，我们计算XHfPb（X= Ni，Pd和Pt）的热电优值的功率因数和晶格热导率的第一性原理计算。我们进行合理的近似：我们使用常数弛豫时间近似（CRTA）计算电子输运贡献，并使用改进的Debye-Callaway模型计算晶格热导率。我们还报道了这些半导体的介电性质和模式Grüneisen参数。毫不奇怪，我们发现平均格吕奈森系数与温度电导率相关。接下来，我们考虑一个现实的弛豫时间$τ$和载流子浓度$n$从实验数据ZrHfPb和获得的品质因数$ZT$作为温度的函数。我们的主要发现是，尽管Pt与Ni和Pd是等电子的，但PtHfPb的$ZT$更大，并且表现出与其他两种材料不同的行为，这表明PtHfPb更适合于高温热电发电机。
2022-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Rapid one-step synthesis and compaction of high-performance n-type Mg3Sb2 thermoelectrics
n型Mg3 Sb 2基化合物由于其在低温和中温下的优异性能而成为一类有前途的低成本热电材料。然而，迄今为止，仅报道了具有大量Bi的n型Mg3 Sb 2-Mg3 Bi 2合金的高热电性能。此外，n型Mg3 Sb 2块体热电体的当前合成方法涉及耗时且耗能的多步骤工艺。在这里，我们报告了一种快速，直接的方法来制造n型Mg3 Sb 2热电材料，使用放电等离子烧结，它结合了合成和压实在一个步骤。使用这种方法，我们实现了一个高的热电优值zT为0.4-1.5在300-725 K的n型（Sc，Te）掺杂的Mg3 Sb 2没有合金化Mg3 Bi 2。与目前报道的合成方法相比，新方法的复杂性、工艺时间和成本显著降低。这项工作展示了一种简单，低成本的路线，为潜在的大规模生产的n型Mg3 Sb 2热电。
2019-11-24 cond-mat.mtrl-sci
