p型Mg₃Sb₂基热电材料

协同优化功率因子与热导率

通过YbZn₂Sb₂固溶与熵工程，同步提升电输运并抑制热输运，使p型Mg₃Sb₂的zT突破1.3

Xiong, Zhang · Haoling, Luo · Cao, Xiaoliang · 韩广 · 吴宏 · Yu, Zhang · Zhang, Bin · 王国玉 · 周小元

Acta Materialia 2025

参数信息

功率因子

1.03 mW m⁻¹ K⁻²

热电优值（峰值）

~1.34

平均热电优值

~0.77

晶格热导率（323 K）

56 %

技术优势

功率因子突破1.0

通过YbZn₂Sb₂固溶降低晶体场分裂能，同时提高载流子浓度与迁移率，使功率因子大幅提升至1.03 mW m⁻¹ K⁻²，远超此前p型Mg₃Sb₂的水平。

晶格热导率降一半多

熵工程Cd合金化在(Mg₃.₁Sb₂)₀.₅(YbZn₂Sb₂)₀.₅基础上，将323 K晶格热导率再降23%，较母体Mg₃.₁Sb₂累计降低56%，源于高熵效应增强声子散射。

zT值达1.34

结合Ag掺杂优化空穴浓度，最终在773 K获得~1.34的峰值zT，323–773 K平均zT约0.77，为p型Mg₃Sb₂基材料中最高水平。

应用场景

• 废热回收发电：在中温区（773 K）实现高效发电，可将工业余热直接转为电能。
• 热电制冷：p型与n型配对后，可用作固态制冷模块，替代蒸气压缩制冷。
• 可穿戴电子供能：利用体温与环境温差发电，为低功耗可穿戴设备持续供电。
• 红外探测：p型材料的高响应度可提升红外探测器件的灵敏度。