Mg基热电半导体

环保高功率因子

两种无毒镁基化合物，凭借本征低晶格热导和拓扑声子特征，在p型掺杂下实现高热电优值，为替代稀有/有毒热电材料提供新选择。

Meilin, Yuan · 董兴安 · Xun, Liu · 王锐 · Wu, Xiaozhi · Jin, Xin · 余鹏

Inorganic Chemistry 2025

参数信息

晶格热导率

10.8 W m⁻¹ K⁻¹

晶格热导率

7.1 W m⁻¹ K⁻¹

功率因子

1.96 × 10-5 W K⁻² cm⁻¹

功率因子

6.65 × 10-5 W K⁻² cm⁻¹

热电优值(ZT)

0.41

热电优值(ZT)

1.31

技术优势

不含稀有有毒元素

组成元素为常见的镁、锡、磷、砷，用砷替代锑仍保持热电性能，摆脱了对 Te、Pb 等战略稀缺元素的依赖。

本征低晶格热导

声子谱中存在对称性保护的拓扑特征，使声子群速度提升，但增强的声子散射最终压制了热输运，300 K 时 MgSnAs2 的 κL 低至 7.1 W m⁻¹ K⁻¹。

功率因子超高

p 型掺杂下 MgSnAs2 在 800 K 的功率因子达 6.65×10⁻⁵ W K⁻² cm⁻¹，超过了多数镁基热电材料，直接支撑高 ZT。

预测 ZT 破 1.3

理论计算给出 MgSnAs2 在 800 K 的 ZT 为 1.31，接近实用化门槛，而该材料体系尚未被实验充分开发，留有优化空间。

应用场景

• 热电发电：把温差直接变成电能，p 型 MgSnAs2 的 ZT 1.31 可支撑高效率发电模块。
• 废热回收：在 800 K 高温下捕获工业废热，用低毒材料替换含铅或碲的热电腿。
• 热电制冷：同族材料在高载流子浓度下具备良好输运性能，有望用于固态制冷。
• 能源材料：从计算筛选到性能预测给出完整链条，加速镁基能源材料开发。