Thermoelectric propertie of Ge based electron crystal phonon glass materials
我们报道了锗锰纳米结构薄膜的制备及其热电性能的测量。我们调查的Ge：Mn层的生长与这种材料在纳米级的彻底的结构表征。讨论了这些含球形夹杂物的层状材料作为“电子晶体声子玻璃材料”模型的可能性。我们表明，热导率可以减少30倍，即使在散装的电子性质可以保存。这种材料的热电性能ZT高达0.15，使得它们成为用于Ge相关应用的有前景的热电p型材料。
2013-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Quaternary compounds Ag2XYSe4 (X=Ba, Sr; Y=Sn, Ge) as novel potential thermoelectric materials
实验结果表明，四元化合物Cu_2ZnSnSe_4是一种优良的热电材料。这启发我们寻找与Cu_2ZnSnSe_4化学式相似的其他四元化合物作为热电材料。本文采用第一性原理方法系统地研究了p型和n型Ag 2XYSe 4（X=Ba，Sr; Y=Sn，Ge）的电子结构、声子结构、力学性质、热学性质和热电性质。结果表明，在900 K时，n型Ag 2SrGeSe 4的ZT最大值可达1.22，p型Ag 2SrSnSe 4、Ag 2SrGeSe 4和Ag 2BaSnSe 4的ZT最大值分别可达1.20、1.13和1.12。我们的工作不仅表明Ag_2XYSe_4（X=Ba，Sr; Y=Sn，Ge）是一种很有潜力的热电材料，而且对四元化合物热电性能的理论和实验研究具有启发意义。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Efficient technique for computational design of thermoelectric materials
高效的热电材料是非常需要的，并且寻找它们的探索已经加强，因为它们可能是化石能源的有前途的替代品。在这里，我们提出了一个一般的第一性原理方法来预测，在多组分系统中，有效的热电化合物。该方法结合了稳健的进化算法，Pareto多目标优化，密度泛函理论和Boltzmann半经典计算的热电效率。为了测试我们的整体框架的性能和可靠性，我们使用众所周知的系统Bi $_2$ Te $_3$ -Sb $_2$ Te $_3$。
2017-10-07 cond-mat.mtrl-sci
A Comprehensive Review of Heat Transfer in Thermoelectric Materials and Devices
固态热电器件目前用于从热电偶传感器到卫星发电机，再到便携式空调和冰箱的各种应用。随着全世界对能源消耗和减少二氧化碳的需求不断增加，热电能转换作为废热收集以及可再生能源发电的潜在候选者受到了越来越多的关注。有效的热电能量转换关键取决于热电材料和器件的性能。在这篇综述中，我们讨论了热电材料和器件中的热传递，特别是声子工程，以降低热电材料的晶格热导率，这需要对纳米级热传导物理有基本的了解。
2014-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Seebeck-driven transverse thermoelectric generation in magnetic hybrid bulk materials
研究了磁性/热电混合材料中Seebeck驱动的横向温差发电。借助于STTG贡献，具有调整尺寸的铁磁Co $_2$ MnGa/热电$n$型Si混合块体材料中的横向热电势在室温下达到16.0 $μ$ V/K，这远大于Co $_2$ MnGa板的反常能斯特系数（6.8 $μ$ V/K）。虽然这种横向热电势小于先前报道的基于薄膜的混合材料的值，但是混合块体材料由于其小的内部电阻而表现出大得多的电功率。该演示证实了STTG在散装材料中的有效性，并阐明了其作为热能收获机的潜力。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Creation of flexible spin-caloritronic material with giant transverse thermoelectric conversion by nanostructure engineering
本研究通过纳米结构工程在柔性Fe基非晶材料中引入Cu纳米团簇，在不改变成分的前提下显著提升反常能斯特系数，实现了可与单晶媲美的巨横向热电转换性能，为高性能横向热电器件设计开辟了新途径。
2023-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Recent progress in thermoelectric MXene-based structures versus other 2D materials
本文系统综述了MXene基热电材料的最新进展，涵盖能带工程、结构改性和纳米复合等提升策略，并与其它二维材料比较热电效率，同时展望了MBene及未来应用前景。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Ionic thermoelectric materials and devices
来自太阳辐射和工业耗散的大量废热推动了直接将热转换为电的热电概念的发展。热电在实际应用中的主要挑战是材料和制造的高成本。最近，离子热电的突破性进展开辟了新的可能性，以充电能量存储设备时，提交到温度梯度。充电电压在内部来自两个电极之间的电解质的离子塞贝克效应。因此，具有高热电优值的电解质被归类为离子热电材料。大多数离子热电材料由丰富的元素组成，它们可以产生比电子材料大数百倍的热电压。这种新兴的热电类别为制造低成本和大面积的热能转换器件带来了新的希望，并引发了对离子热扩散的新兴趣。本文从离子热扩散的驱动力、材料和应用发展等方面综述了离子热电这一新领域的研究进展。我们提出了离子热电材料的一般地图，讨论了每种类型的报告电解质的独特特性，并提出了潜在的优化和未来的离子热电的主题。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transport simulations in hierarchically disordered nanostructures for thermoelectric material design
分级纳米结构材料，其中在各种长度尺度（在原子尺度、纳米尺度和介观尺度）引入无序是实现极低热导率和改善热电性能的最有前途的方向之一。在这里，我们从理论上研究这样一个系统，纳米晶材料与纳米孔之间的结晶区域。电子输运采用非平衡格林函数方法，声子输运采用分子动力学方法。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Screening Promising Thermoelectric Materials in Binary Chalcogenides through High-Throughput Computations
高通量计算方法是筛选高性能功能材料的有效工具。在本工作中，使用单带模型下的变形势方法，我们评估的载流子弛豫时间，并建立一个电描述符（\c{hi}）的载流子有效质量的基础上简单的刚性带近似。该描述子（\c{hi}）可以用来合理地表示最大功率因数，而不需要求解电子玻尔兹曼输运方程。此外，Grüneisen参数（γ），晶格非谐性和晶格热导率的描述符，有效地使用弹性性质进行评估，省略了昂贵的声子计算。应用两个描述子（\c{hi}和γ）对二元硫族化合物进行了HT计算，计算了243种半导体材料，筛选出50种有希望的热电材料。对于这些理论上确定的化合物，我们成功地预测了一些以前的实验和理论研究有前途的热电材料。此外，9个p型和14个n型以前未报道的二元硫族化合物也被预测为有前途的热电材料。我们的工作不仅为未来的研究提供了具有完美晶体结构的热电候选材料，而且为HT筛选高性能热电材料提供了可靠的描述符。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Combining Machine Learning Models with First-Principles High-Throughput Calculation to Accelerate the Search of Promising Thermoelectric Materials
本文通过第一性原理高通量计算构建含796种硫族化合物的热电数据库，并训练集成学习与深度学习模型筛选有前景的n型和p型热电材料，分类准确率均超85%，AUC超0.9，展示了机器学习加速热电材料发现的高效路径。
2024-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectrical potential and derivation of Kelvin relation for thermoelectric materials
针对当前热电研究基础理解不足、Kelvin关系推导物理图像模糊且过程复杂的问题，提出新物理量“热电势（ST）”，阐明了热电效应的能量转换与载流子受力机制，简化了Kelvin关系推导并明晰了热电转换物理图像。
2024-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pudding-mold type band in a potential thermoelectric material CuAlO$_2$ : comparison with Na$_x$CoO$_2$
对一种有潜力的热电材料CuAlO $_2$进行了理论研究。首先，基于第一性原理能带计算，构造了CuAlO $_2$的模型哈密顿量，并计算了Seebeck系数。然后，我们比较了该模型与一个著名的热电材料Na $_x$ CoO $_2$，讨论了相同点和不同点。据发现，这两种材料从电子结构的观点是相似的，因为它们具有一个独特的布丁模具型带形状，这是有利的热电材料。然而，两者之间也存在着一些差异，我们从微观的角度分析了差异的根源。发现CuAlO $_2$的能带形状比Na $_x$ CoO $_2$更理想，并且我们预测，一旦在CuAlO $_2$中掺杂显著量的空穴，可以预期热电性能（特别是功率因数）甚至比Na $_x$ CoO $_2$更好。
2013-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Single-material MoS$_{2}$ thermoelectric junction enabled by substrate engineering
为了实现热电发电机，通常需要制造具有不同塞贝克系数的两种材料之间的结。塞贝克系数的这种差异可以由掺杂引起，这使得在使用二维（2d）材料时变得困难。在这里，我们采用基板效应，形成一个热电结的超薄几层二硫化钼薄膜。我们研究了结合扫描光电流显微镜和扫描热显微镜的结。这使我们能够揭示热电结在衬底工程部件上形成。我们将此归因于由界面电荷引起的门控效应与电子-声子散射机制的改变相结合。这项工作表明，基板工程是一个很有前途的战略，以开发未来的紧凑型薄膜热电发电机。
2023-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Semi-metals as potential thermoelectric materials: case of HgTe
最好的热电材料被认为是重杂质半导体。带隙的存在被认为是必不可少的，以实现大的热电功率因数和品质因数。在这项工作中，我们研究碲化汞作为一个例子半金属具有竞争力的热电性能。我们采用从头计算与混合交换相关泛函精确地描述电子能带结构结合玻尔兹曼输运理论来研究电子输运性质。我们表明，本征碲化汞，其电子和空穴的质量有很大的差距，半金属，具有较高的热电功率因数，是最知名的热电材料相媲美。我们还使用第一性原理计算计算晶格热导率，并评估整体品质因数。最后，我们制备了半金属碲化汞样品，并表征了它们的输运性质。结果表明，理论计算与实验数据吻合较好
2018-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Transverse thermoelectric generation using magnetic materials
横向热电效应是指温度梯度转化为横向充电电流，反之亦然，它出现在磁场下的导体或具有自发磁化的磁性材料中。在这些现象中，由于自旋热电子学和拓扑材料科学的迅速发展，磁性材料中的反常能斯特效应从基础物理和热电应用的观点受到越来越多的关注。在这一研究趋势中，热电/磁性混合材料中出现的概念上不同的横向热电转换现象已被证明，能够产生大的横向热电势。本文综述了近年来磁性材料横向温差发电的基础和应用研究进展。我们预计，这种观点将进一步刺激横向热电发电的研究活动，并导致下一代热能收集和热通量传感技术的发展。
2021-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
New Directions for Thermoelectrics: A Roadmap from High-Throughput Materials Discovery to Advanced Device Manufacturing
本综述梳理了高通量材料发现（结合机器学习形成闭环）及先进制造在热电领域的进展，涵盖材料筛选到器件制造，为热电技术发展指明方向。
2024-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simultaneous control of thermoelectric properties in p-type and n-type materials by electric double-layer gating : New design for thermoelectric device
报道了一种新型的热电器件设计，该器件可以通过双电层门控同时控制p型和n型材料的热电特性。这里，p型Cu 2 O和n型ZnO用作双电层电容器结构的正电极和负电极。当在两个电极之间施加栅极电压时，空穴和电子分别在Cu 2 O和ZnO表面积累。通过沿电极上的累积层施加热梯度来测量热电势。我们在这里证明，积累层作为热电器件的p-n对工作。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
CuAlTe$_2$: A promising bulk thermoelectric material
采用全势线性缀加平面波方法和玻尔兹曼半经典理论研究了铜基黄铜矿材料的输运性质。所有研究的化合物似乎是直接带隙半导体评价的基础上的Tran-Blaha修改的Becke-Johnson势。在价带最大值（VBM）附近发现的重带和轻带组合驱动这些材料具有良好的热电性能。在所研究的化合物中，CuAlTe $_2$被认为是更有前途的，与CuGaTe $_2$相比，据报道，这是一种有效的热电材料，具有可观的品质因数。关于CuAlTe $_2$的另一个有趣的事实是$n-$型和$p-$型载流子具有可比的热电性质，这可能吸引良好的器件应用，并使用电子结构计算详细解释。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Discarded gems: Thermoelectric performance of materials with band gap emerging at the hybrid-functional level
有限电子带隙是使用密度泛函理论（DFT）进行材料高通量筛选的标准滤波器。然而，由于在标准DFT近似中系统地低估了带隙，许多化合物可能被错误地预测为金属。在更准确的处理中，这样的材料可以替代地表现为低带隙材料，并且如果合适的掺杂是可行的，则可以例如具有良好的热电性质。为了探索这种可能性，我们进行了混合功能计算的1093立方材料中列出的MaterialsProjects数据库中的四个原子的原始晶胞，自旋中性基态，和形成能量在0.3 eV的凸包。在这些材料中，我们确定了八种化合物，其中出现了有限的带隙。评估这些化合物的电子和热传输性能，我们发现的组合物MgSc2汞和Li2 CaSi表现出有前途的热电性能。这些发现强调了重新评估化合物的带隙和能带结构以识别其他潜在热电材料的潜力。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Iron Intercalated Covalent-Organic Frameworks: First Crystalline Porous Thermoelectric Materials
共价有机骨架（COFs）是设计功能分子材料的有趣平台。在这里，我们提出了一个计算研究的基础上范德华色散校正的混合密度泛函理论计算分析的材料性能的环硼氧烷连接和三嗪连接插层COFs。研究了Fe原子对插层COFs费米能级附近电子能带结构的影响。通过态密度（DOS）计算分析了这类插层COFs的材料特性。我们预测，COFs的电子性质可以通过在其结构中的两个有机层之间添加Fe原子来微调。这种新型COFs有望成为热电材料。这些插层COF提供了一种新的策略，以高度可控和可预测的方式在刚性多孔网络内创建热电材料。
2017-03-07 cond-mat.mtrl-sci
A topological transition-induced giant transverse thermoelectric effect in polycrystalline Dirac semimetal Mg3Bi2
为了实现热电能量转换，拓扑材料中大的横向热电效应是至关重要的。然而，拓扑电子结构与横向热电效应之间的一般关系仍然不清楚，限制了新型横向热电材料的合理设计。本文中，我们在多晶Mn掺杂Mg 3 +δ Bi 2材料中发现了拓扑跃迁诱导的巨横向热电效应，该材料具有相当大的横向热电势（617 uV/K）、功率因数（20393 uWm-1 K-2）、磁电阻（16600%）和电子迁移率（35280 cm 2 V-1 S-1）。高性能是由Mn掺杂的存在下，诱导从拓扑绝缘体到狄拉克半金属的转变的化学压力和无序效应的调制触发的。本文所描述的高性能多晶Mn掺杂Mg 3 +δ Bi 2通过拓扑相变增强横向热电效应，为横向热电材料的设计开辟了一条新的途径。
2022-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic fitness function for screening semiconductors as thermoelectric materials
我们介绍了一个简单而有效的电子健身功能（EFF），描述了电子方面的热电性能。该EFF基于电子结构的复杂性找到克服$σ$和$S$之间的逆关系的材料，而不管具体来源（例如，等值面曲率、谷简并、重-光带混合、谷各向异性或降维）。该功能非常适合高通量筛选应用。我们将此函数应用于75种不同的热电和潜在的热电材料，包括全和半Heusler，二元半导体和Zintl相。我们发现一个有效的筛选使用此运输功能。EFF识别已知的高性能$p$和$n$型Zintl相和半Heuslers。此外，我们发现了一些以前未研究的阶段与优越的EFF。
2017-09-29 cond-mat.mtrl-sci
High-efficient thermoelectric materials: The case of orthorhombic IV-VI compounds
提高热电效率是材料科学面临的最大挑战之一。最近在简单的正交SnSe晶体中发现的优异的热电性能为这一前景提供了新的希望[Zhao等人，Nature 508，373（2014）]。基于第一性原理结合玻尔兹曼输运理论计算了正交晶系Ⅳ-Ⅵ族化合物GeS、GeSe、SnS和SnSe的热电性质，结果表明正交晶系SnSe的Seebeck系数、电导率和热导率与最近的实验结果一致.重要的是，与SnSe相比，GeS、GeSe和SnS表现出相当的热电性能。特别是GeS、GeSe和SnS的Seebeck系数在所研究的载流子浓度和温度范围内甚至比SnSe的更大。我们还使用Cahill模型来估计室温下的晶格热导率。大的Seebeck系数、高的功率因数和低的热导率使得这四种正交晶系IV-VI族化合物成为高效热电材料的有希望的候选者。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
The apparent Fermi liquid concept helps to understand thermoelectric materials
关于S条的特邀专家意见。Kremer和R. Fresard，Ann.Phys.（Berlin）524，21（2012）.
2012-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric performance of materials with Cu$Ch_4$ ($Ch=$ S, Se) tetrahedra: Similarities and differences among their low-dimensional electronic structure from first principles
本文采用第一性原理计算方法，对含Cu $Ch_4$（$Ch=$ S，Se）四面体的材料，包括著名的热电材料BiCuSeO和四面体材料Cu $_{12}$ Sb $_4$ S $_{13}$的热电性能进行了比较理论研究。通过比较这些电子能带结构，我们发现，这些材料中的许多具有Cu- $t_{2g}$能带结构的准一维带色散和各向同性（二维层状化合物）附近的价带边缘的带色散。因此，影响热电性能的关键因素是前一种能带色散的各向异性和这两种能带色散的简并性。我们还发现，硫族元素轨道的大的延伸通常通过改善这两个因素或通过通过其形状的大的交替而超越这样的基本能带结构来改善其热电性能。硫族元素轨道的这种大的扩展可能部分源于四面体的各向异性Cu- $Ch$键几何形状。我们的研究揭示了材料与Cu $Ch_4$的有趣的相似性和差异，这为未来寻找高性能热电材料提供了重要的知识。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Band structure and transport studies of half Heusler compound DyPdBi: An efficient thermoelectric material
Heusler合金的发现使金属间化合物的研究领域发生了革命性的变化，因为人们可以很容易地获得多功能应用的潜在候选者。近年来，人们对许多半Heusler合金的热电性能进行了研究。f电子基稀土三元半赫斯勒化合物DyPdBi的f能级位于费米能级附近。其他研究工作强调，这种材料具有良好的热电能力。在密度泛函理论框架下，利用不同的交换关联势，利用第一性原理研究了DyPdBi的电子能带结构.在热电性能的研究中出现的DyPdBi的输运系数已被计算，并说明其作为一种有效的热电材料的潜力。理论估计的塞贝克系数和功率因数与现有的实验结果吻合良好。我们的计算表明，它是必不可少的，包括自旋轨道耦合在这些模型的f电子半Heusler材料。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Scattering Mechanism in Thermoelectric Materials Revised via Resonant X-ray Dynamical Diffraction
热电材料的工程需要理解晶格和电子自由度的热传导。填充方钴矿表示适合于热电应用的材料的大家族，其中减少的晶格热传导归因于结构的大笼内的填料阳离子的局部低频振动（嘎嘎声）。本文提出了一种利用X射线在CeFe $_4$ P $_{12}$单晶中的动态衍射的多波长方法，并将其应用于求解原子振动的振幅。结果表明，整个填充笼系统的振动动力学是热电性能优化背后的实际活动机制。
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Doping optimization for the power factor of bipolar thermoelectric materials
双极载流子输运通常是窄带隙材料在高温下的热电效率的限制因素，这是由于塞贝克系数的降低和热导率的附加项的引入。使用玻尔兹曼传输形式主义和一个两带模型，我们模拟通过双极系统的运输和计算其热电输运性质：电导率，塞贝克系数和热电功率因数。我们提出了一个调查到这种材料的掺杂优化，显示不利的影响，温度上升，如果掺杂（和费米能级）没有优化每个工作温度。我们还表明，在给定的工作温度下优化的功率因数的掺杂水平不同，在双极系统相比，单极的。最后，我们表明，在600 K，在双极材料的带隙近似的Bi 2 Te 3，所需的最佳掺杂可以驻留在10% - 30%之间大于所需的最佳单极材料取决于材料的电子散射的细节。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Devices: Cooling and Power Generation
热电是温度梯度与电压的直接转换，反之亦然。热电有几个潜在的应用，从清洁无噪音冷却，到汽车中的废电收集。热电器件的性能仍然是一个挑战，已经研究了许多方法来克服这种障碍。本文综述了热电现象、体半导体热电器件以及利用新材料结构和低维材料提高热电器件性能的新途径。
2014-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Phenomenological analysis of transverse thermoelectric generation and cooling performance in magnetic/thermoelectric hybrid systems
我们唯象地计算最近观察到的塞贝克驱动的横向热电发电（STTG）的热功率，功率因数和品质因数方面的各种系统的性能，以证明STTG的有用性。STTG系统由闭合电路组成，该闭合电路包括分别表现出塞贝克效应和反常霍尔效应的热电材料和磁性材料。当温度梯度施加到混合系统时，热电材料层中的塞贝克效应在闭合电路中产生纵向充电电流，并且充电电流随后驱动磁性材料层中的反常霍尔效应。由塞贝克效应驱动的反常霍尔电压具有与基于反常能斯特效应的横向热电转换相似的对称性。我们发现，STTG的热电性能可以远远优于那些反常能斯特效应，通过增加塞贝克系数和反常霍尔角的热电和磁性材料，分别，以及通过优化它们的尺寸。我们还制定了电子冷却的STTG系统中的性能，确定的倒数关系的混合横向热电转换。
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Transport property analysis method for thermoelectric materials: material quality factor and the effective mass model
热电半导体材料通常通过其品质因数zT来评估。然而，通过使用zT作为用于显示改进的度量，并不立即清楚改进是来自固有材料性质的增强还是来自载流子浓度的优化。在这里，我们审查的品质因数的方法，它允许一个分离这两个贡献，即使没有霍尔测量。我们介绍的实用方法，可以使用没有数值积分。我们讨论了这种方法背后的有效质量模型，并展示了如何进一步研究复杂的能带结构使用塞贝克有效质量。因此，我们消除了常见的误解，有效带模型的有用性仅限于单抛物带材料。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and Designing the Spin-Driven Thermoelectrics
虽然基于电子和声子特性工程的热电材料进展达到了一个平台，但增加自旋自由度有可能为替代热电材料开辟新的前景。在这里，我们提出的概念，目前的理解，和设计自旋驱动热电的指导方针。我们发现，自旋和热流之间的相互作用在熵输运通过载流子可以提供一个战略路径，以提高电子的热电势。经典的反铁磁半导体碲化锰（MnTe）被选为案例研究，由于其显着的自旋介导的热电性能。我们发现，虽然自旋无序散射降低了磁性材料中的载流子迁移率，自旋熵，磁振子，顺磁振子载流子阻力可以占主导地位，并显着提高热电功率因数，因此ZT。最后，根据目前的认识，提出了设计高性能自旋驱动热电材料的几点指导原则。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of the High Thermoelectric Performance of Pnictogen Dichalcogenide Layered Compounds with Quasi-One-Dimensional Gapped Dirac-like Band Dispersion
热电发电已被公认为最重要的技术之一，高性能热电材料一直在追求。然而，由于大量的候选材料，这一探索是极具挑战性的，它已成为一个明确的理论概念，从能带结构工程的观点是必要的。在这项研究中，我们从理论上证明，pnictogen-dichalcogenide层状化合物，最初引起人们的注意，作为一个家庭的超导体，最近已被研究作为热电材料，可以表现出非常高的热电性能与元素取代。特别是，我们澄清了一个有前途的材料设计的指导原则，并发现，LaOAsSe $_2$，尚未合成的材料，具有功率因数是6倍大的已知化合物LaOBiS $_2$，并可以表现出非常大的$ZT$在一些合理的假设。这种热电性能的大幅度提高源于准一维带隙的Dirac-like带色散，这是由正方形晶格网络实现的。我们的研究为热电材料的能带结构提供了一个理想的极限。由于我们的靶材具有组成元素的高度可控性和载流子掺杂的可行性，因此强烈期待沿着这条线的实验研究。
2017-12-20 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
Theory of enhancement of thermoelectric properties of materials with nanoinclusions
基于金属/半导体界面能带弯曲作为电子的能量过滤器的概念，我们提出了一个理论，用于增强具有金属纳米夹杂物的半导体材料的热电性能。我们表明，塞贝克系数可以显着增加，由于强烈的能量依赖的电子散射时间。通过包括声子散射，我们发现，由于电子散射的增强ZT是重要的高掺杂，而在低掺杂，这主要是由于声子热导率的降低。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Reversible thermoelectric nanomaterials
热电材料中的不可逆效应限制了它们在发电和制冷应用中的效率和经济性。虽然电子输运是不可逆的散装材料，在这里，我们得到的条件下，可逆的扩散电子输运可以实现在纳米结构的热电材料通过相同的物理机制，利用量子光学热机。我们的研究结果可以提供一个非常高的效率最近报道的纳米结构的热电材料，如量子点超晶格的物理解释。
2004-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Design Principles for Topological Thermoelectrics
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本文探讨拓扑材料的热电性能，特别是节点半金属，分析其拓扑特性如何提升热电效率，提出设计原则以优化热电材料性能。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric degrees of freedom determining thermoelectric efficiency
由于热电效应，热能可以直接转换成电能。由于这种转换实现了清洁能源技术，例如废热回收和能量收集，因此已经做出了大量努力来寻找热电材料。在材料品质因数$zT$代表热电器件的能量转换效率的信念下，半个世纪以来已经探索了各种高峰值-$zT$材料。然而，热电性能随温度$zT$变化很大，因此单个值$zT$不能准确地表示器件效率。在这里，我们表明，热电转换的效率是完全由\emph{three}参数$Z_{\mathrm{gen}}$，$τ$和$β$，我们称之为\emph{thermoelectric degrees of freedom}。$Z_{\mathrm{gen}}$是材料性能的平均值，是传统品质因数的概括。反映材料性质梯度的$τ$和$β$分别与由汤姆逊效应和不对称焦耳热引起的逸出热成比例。我们的发现为实现高热电效率提出了新的方向;增加一个热电自由度可以提高效率。例如，与单一材料腿的最佳效率相比，通过调整分段腿中的热电自由度，热电效率可以提高高达176%。
2023-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermoelectric performance of classical topological insulator nanowires
目前有大量的努力投入到创建基于拓扑绝缘体硫属化物型材料的高效热电纳米线。这些努力的一个关键前提是假设这些材料以块状形式表现出的通常良好的热电性能将转化为纳米线形式的相同材料的类似良好或甚至更好的热电性能。在这里，我们计算的拓扑绝缘体纳米线的热电性能的基础上Bi2Te3，Sb2Te3和Bi2Se3作为直径和费米能级的函数。我们发现，拓扑绝缘体纳米线的热电性能并不直接来源于大块材料的性质。对于所有的调查系统的表面状态和体通道之间的竞争会导致显着修改的热电输运系数，如果直径减小到10 μ m的范围内。关键的方面是，表面和体状态优化在不同的费米能级或具有不同的极性，以及高的表面体积比的纳米线。这限制了拓扑绝缘体纳米线的最大热电性能，从而限制了它们在高效热电器件中的应用。
2015-04-20 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
Weyl and Dirac Semimetals for Thermoelectric Applications
本章综述Weyl和Dirac半金属的拓扑能带结构、Berry曲率增强热电输运的机制，并总结单晶制备、性能调控及ZT优化策略。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Hole-Doped M4SiTe4 (M = Ta, Nb) as an Efficient p-Type Thermoelectric Material for Low-Temperature Applications
固态热电制冷有望广泛应用于各种低温应用，如超导器件的局部冷却。然而，目前，使用p型和n型Bi 2 Te 3基材料的热电冷却仅在室温下投入实际使用。最近发现M_4SiTe_4（M = Ta，Nb）在低至50 K的温度范围内显示出优异的n型热电性能。本文报道了通过Ti掺杂合成高性能p型M4 SiTe 4，其可以在低温冷却装置中与n型M4 SiTe 4相结合。p型M4 SiTe 4的热电功率因子在210 K时达到最大值约60 uW cm-1 K-2，在130-270 K的较宽温度范围内超过了实际水平。在由p型和n型Ta_4SiTe_4晶须晶体制成的冷却装置中也实现了通过Peltier冷却的有限温度下降。这些结果清楚地表明，M4 SiTe 4是有希望实现一个实用的热电冷却器，在低温下使用，这是没有覆盖的Bi 2 Te 3基材料。
2019-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Comparative first-principles study of antiperovskite oxides and nitrides as thermoelectric material: multiple Dirac cones, low-dimensional band dispersion, and high valley degeneracy
采用第一性原理计算对反钙钛矿氧化物$Ae_3Tt$ O和氮化物$Ae_3Pn$ N（$Ae=$ Ca，Sr，Ba; $Tt=$ Ge，Sn，Pb; $Pn=$ As，Sb，Bi）的热电性能进行了比较研究。对于具有立方结构的氧化物，具有相当大的带隙的Ca $_3$ GeO在高温下表现出高热电性能，而具有狄拉克锥的Ba $_3$ PbO在低温下是有利的。后者的高性能归因于高谷简并，包括多个狄拉克锥和$Γ$和R点附近的谷。对于具有立方结构的氮化物，具有强准一维性的绝缘体表现出高的热电性能。我们还发现，正交结构的扭曲有时sizably提高热电性能，特别是对于Ba $_3$ GeO和Sr $_3$ AsN的高谷简并是在$Pnma$相实现。计算结果表明，反铁电体具有丰富的电子结构，这些电子结构的存在提高了热电性能，为高性能热电材料的研究提供了一个良好的前景。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystalline MnBi as a transverse thermoelectric material
为了评估多晶MnBi作为横向热电材料的潜力，我们通过热通量法实验研究了其异常能斯特效应（ANE）。我们通过粉末冶金制备了MnBi样品;这种技术允许制备任意形状的样品，并有可能定制其磁性能。在表现出最高剩磁磁化的材料中，我们发现在对多晶样品内存在的纯铋的普通能斯特效应进行补偿之后，在1 T下ANE热电势值为-1.1 $μ$ V/K。该值与文献中报道的单晶相当。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Significant low lattice thermal conductivity and potential high thermoelectric figure of merit in Na$_2$MgSn
热电材料能够收集废热并直接转化为电能。在寻找高效热电材料的过程中，材料的低热导率是必不可少的和关键的。本文基于密度泛函理论和线性化Boltzmann方程的单模弛豫时间近似，对层状金属间化合物Na $_2$ MgSn和Na $_2$ MgPb的晶格热导率和热电性能进行了理论研究。结果发现，这两种材料具有非常低的和各向异性的固有晶格热导率。尽管Na $_2$ MgSn具有非常低的质量密度和简单的晶体结构，但其在室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别仅为1.75和0.80 W/m $\cdot$ K。当Sn被重元素Pb取代时，室温下沿$a$和$c$轴的晶格热导率分别显著降低到0.51和0.31 W/m $\cdot$ K。我们发现，这两种材料的低晶格热导率主要是由于它们的声子寿命很短，大致在0.4至4.5 ps之间。结合以往的实验测量，金属Na $_2$ MgPb不可能是一种良好的热电材料。然而，我们预测半导体Na $_2$ MgSn是一种潜在的室温热电材料，在300 K时具有相当大的$ZT$ 0.34。我们的计算不仅表明金属间化合物Na $_2$ MgSn是一种很有潜力的热电材料，同时也为简单层状金属间化合物的热电研究提供了理论和实验依据。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Transport Properties of Ni, Co, Fe, Mn Doped Cu0.01Bi2Te2.7Se0.3 for Thermoelectric Device Applications
基于Bi 2 Te 3的热电器件通常使用镍层作为扩散阻挡层，以阻止焊料或铜原子从电极扩散到热电材料中。先前的研究表明，这些热电器件的效率降低可能是由于阻挡层扩散到热电材料中。在这项工作中，Ni，Co，Fe和Mn有意掺杂到Cu0.01Bi2Te2.7Se0.3中，以了解它们对热电材料的影响。研究了5-525 K温度范围内Cu 0.01Bi2Te2.7Se0.3M0.02的热电输运性质，包括塞贝克系数、热导率、电阻率、载流子浓度和载流子迁移率。
2012-05-29 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
Kolmogorov-Arnold Networks in Thermoelectric Materials Design
The University of Sydney（悉尼大学）；The University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文提出KANs用于热电材料设计，通过显式符号表示提升预测准确性和物理解释性。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Structural heterogeneity-induced enhancement of transverse magneto-thermoelectric conversion revealed by thermoelectric imaging in functionally graded materials
National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（国立产业技术综合研究所）；Department of Advanced Materials Science, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院先进材料科学系）
研究通过功能梯度材料中的热电成像技术，发现结构异质性对横向磁热电转换的增强效应，揭示了原子异质性在晶化前对异常Ettingshausen效应的显著影响。
2026-01-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of low-dimension MSe$_2$ (M = Ti, Hf, Zr) configurations as promising thermoelectric materials
在过去的十年中，人们对热电装置在可再生能源中的应用的兴趣有所增加。本文计算了过渡金属二硫属化物（TMD）MSe $_2$（M = Hf，Zr，Ti）的各种构型的输运性质，以寻找有希望的低温/高温热电材料。我们探索的纯单分子层在离散水平的双轴拉伸应变（ε = 0%，2%，4%，8%），以及那些范德华异质双层MSe $_2$ /MSe $_2$使用第一性原理计算结合半经典玻尔兹曼输运理论的属性。研究发现，所有研究的单层在高温下都表现出高的热电性能，而应变的施加在低温下非线性地增强了Seebeck和热电势。结果还表明ZrSe $_2$ /TiSe $_2$双层膜在低温下具有显著的热电性。这些发现为在未来的热电设备中创建在低温和高温下具有增强性能的应用提供了见解。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Shallow vs. Deep Level Doping on the Performance of Thermoelectric Materials
众所周知，良好的热电材料的效率应该相对于掺杂浓度进行优化。然而，很少有人关注掺杂剂的能级的优化。掺杂有浅能级的热电材料在高温下由于少数载流子的激发而可能经历其品质因数的急剧降低，少数载流子的激发降低了塞贝克系数并增加了双极热传导。用深能级杂质掺杂可以延迟少数载流子的激发，因为它需要更高的温度来吸收所有掺杂剂。我们通过建模发现，根据材料类型和工作温度范围，需要不同的杂质水平（浅或深）来优化热电材料的效率。对于不同的材料，我们进一步阐明了带隙内杂质能级的最佳位置。我们的研究为热电材料选择最合适的掺杂剂提供了见解，以最大限度地提高器件效率。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning-Assisted 3D Printing of Thermoelectric Materials of Ultrahigh Performances at Room Temperature
本文提出机器学习辅助的挤出打印方法，通过高通量实验与贝叶斯优化协同搜索墨水配方和打印参数，打印出室温zT达1.3的BiSbTe基热电材料，为复杂三维热电材料与器件制造提供了通用策略。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Half-Heusler Compounds: Promising Materials For Mid-To-High Temperature Thermoelectric Conversion
Half-Heusler化合物（空间群Fm 3 m）近年来在热电界引起了越来越多的关注。三十年前，人们发现难熔的RNiSn半赫斯勒化合物（R代表难熔金属，如Hf，Zr，Ti）是窄隙半导体，具有100微伏/开尔文的大塞贝克系数。如今，半赫斯勒（HH）化合物已成为中温（400- 800 ℃）有前途的热电材料。HH材料具有良好的热稳定性和可扩展性。基于HH材料的热电n-p模块表现出接近10%的转换效率和接近9 W/cm 2的功率密度输出。本文的目的是介绍热电半赫斯勒化合物的研究和发展的历史帐户。特别是自2012年以来，由于新方法的出现，取得了显著成就。结果，ZT从~1上升到1.5。从20世纪90年代初到现在所取得的各种进展通过将半赫斯勒材料分为三代（Gen）来叙述：Gen-1 Gen-2和Gen-3 HH材料。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
