熱能材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能。由于其快速響應(yīng)、無直接排放和可回收的特點(diǎn)，已經(jīng)成為一種前景廣闊的替代能源。熱-電能轉(zhuǎn)換效率（η）熱電指數(shù)主要由材料制成。（zT）決定，可以通過 zT= (S2ρ-1/k) T來表示，其中S、ρ、塞貝克指數(shù)、電阻、熱導(dǎo)率和絕對溫度是k和T各自的材料。多年來，通過抑制k或增加功率因數(shù)，我們提出了多種方法來研究各種熱電材料。（PF= S2ρ-為了獲得更多的熱電指數(shù)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，電子帶收斂可以提高材料的功率因素，從而有利于熱電性能，但仍然需要花費(fèi)大量的時間才能找到合適的帶收斂成分。

美國休斯頓大學(xué)任志鋒教授(通訊作者)基于上述選題背景，提出了一種新的預(yù)測方法，在p型中。 Zintl YbxCa1-xMgyZn2-ySb2在高熵化合物中設(shè)計(jì)了一系列組合物，可以同時收斂。與其它p型Zintl相比，設(shè)計(jì)的組合物具有較大的功率因素和較低的熱導(dǎo)率，其中一種組合物表現(xiàn)出較大的熱電值。與此同時，獲得的材料具有較高的熱/時間穩(wěn)定性。在475開爾文溫差下，組裝全Zintl熱電模塊的熱電轉(zhuǎn)換效率超過10%。以“相關(guān)研究成果”Global band convergence design for high-performance thermoelectric power generation in Zintls在最新的Science期刊上發(fā)表了這個問題。

圖1. Yb0.7Ca0.7Ca0Zintl材料.高熱電性能，3Mg0.55Zn1.45Sb2。? 2024 AAAS

圖2.YbxCa1.能帶收斂高熵合金。?x?δ NaδMgyZn2?預(yù)測ySb2的熱電性能。? 2024 AAAS

圖3. 具有收斂性能參數(shù)的電子。? 2024 AAAS

圖4. Yb0.7Ca0.3Mg0.55Zn1.45Sb2的熱穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性。? 2024 AAAS

圖5. Yb0.7Ca0.3Mg0.45Sb2/Mg355Zn1.5Bi08Y0.02Sb1.熱電模塊熱-電轉(zhuǎn)換性能。? 2024 AAAS

在這項(xiàng)研究中，以YbxCa1-xMgyZn2-ySb2高熵合金為例，提出了一種原始的方法，可以同時設(shè)計(jì)一系列帶有收斂組合物的電子能量。得益于能帶收斂狀態(tài)，所設(shè)計(jì)的組合物比母化合物顯示出更多的功率因素。與此同時，材料的優(yōu)異穩(wěn)定性使其具有巨大的商業(yè)應(yīng)用潛力。在475開爾文溫差下，組裝的熱電模塊具有10%以上的熱電轉(zhuǎn)換效率，驗(yàn)證了其設(shè)備強(qiáng)大的熱電性能。更重要的是，這些材料及其組裝的熱電模塊有望應(yīng)用于下一代廢熱回收和熱電發(fā)電，具有無毒、結(jié)構(gòu)可靠、不含Te的特點(diǎn)。

原文詳情：Shi, et al. Global band convergence design for high-performance thermoelectric power generation in Zintls, Science (2024).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn7265。

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