Ta掺杂CrSi₂热电材料

晶格热导率近超低

通过分散的富Ta区和Ta取代引入晶格畸变与应变场，强化声子散射，使晶格热导率降至超低水平。

段兴凯 · Liu W.-D. · Jiang, Yuezhen · Ke, Xiaoli · Hu, Konggang · Shi, Xiaolei · Chen, Zhigang

Scripta Materialia 2023

具体参数

晶格热导率

{'zh': '0.87', 'en': '0.87'} W m⁻¹ K⁻¹

功率因子

{'zh': '7', 'en': '7'} μW cm⁻¹ K⁻²

热电优值

{'zh': '0.28', 'en': '0.28'}

技术优势

晶格热导率降至超低

分散的富Ta区和Ta取代引起晶格畸变和应变场，显著增强声子散射，将晶格热导率压低至~0.87 W m⁻¹ K⁻¹（约750 K），接近非晶极限。

功率因子保持较高

在晶格热导率大幅降低的同时，功率因子仍达到~7 μW cm⁻¹ K⁻²（约750 K），电输运性能未因掺杂而明显劣化。

热电优值与同类最佳相当

最终热电优值达到0.28（约750 K），与已报道的CrSi₂基热电材料中最好水平相当，证明掺杂策略的有效性。

应用场景

• 热电发电：利用余热直接发电，Ta掺杂CrSi₂的低热导率和适中功率因子可提升转换效率。
• 热管理：作为热管理材料使用，其超低晶格热导率有助于阻隔热流，保护温度敏感部件。
• 热电器件：可直接用于制造热电发电器件的腿，与p型材料配对构成模块。