Ce Filling Limit and Its Influence on Thermoelectric Performance of Fe(3)CoSb(12)-Based Skutterudite Grown by a Temperature Gradient Zone Melting Method.
Ce Filling Limit and Its Influence on Thermoelectric Performance of Fe(3)CoSb(12)-Based Skutterudite Grown by a Temperature Gradient Zone Melting Method.
复制标题
Ce填充极限及其对温度梯度区熔法生长Fe3CoSb12基方钴矿热电性能的影响
DOI：
10.3390/ma14226810
复制
发表时间：
2021-11-11
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Chen ZG
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li XG;Liu WD;Li SM;Li D;Zhu JX;Feng ZY;Yang B;Zhong H;Shi XL;Chen ZG
CoSb 3基方钴矿是一种很有前途的中温热电材料。然而，高的晶格热导率限制了其进一步的应用。填充是降低晶格热导率最有效的方法之一。在这项研究中，我们调查的Ce填充限制和p型Fe 3CoSb 12基方钴矿热电性能的温度梯度区熔法（TGZM）生长的影响。晶体结构和成分表征表明，在由TGZM法制备的Ce0.73Fe2.73Co1.18Sb12的组合物中，Ce的最大填充分数达到0.73。Ce填充将Ce1.25Fe3CoSb12中的载流子浓度降低至1.03 × 1020 cm-3，导致塞贝克系数增加。密度泛函理论（DFT）计算表明，Ce填充引入了一个杂质能级附近的费米能级。此外，Ce填料的振动效应增强了短波长声子散射，并将晶格热导率降低至0.91 W m-1 K-1。这些效应导致Ce1.25Fe3CoSb12在693 K时的最大塞贝克系数为168 μV K− 1，最低κ为1.52 W m−1 K−1，导致峰值zT值为0.65，比未填充的Fe 3CoSb 12高9倍。
CoSb3-based skutterudite is a promising mid-temperature thermoelectric material. However, the high lattice thermal conductivity limits its further application. Filling is one of the most effective methods to reduce the lattice thermal conductivity. In this study, we investigate the Ce filling limit and its influence on thermoelectric properties of p-type Fe3CoSb12-based skutterudites grown by a temperature gradient zone melting (TGZM) method. Crystal structure and composition characterization suggests that a maximum filling fraction of Ce reaches 0.73 in a composition of Ce0.73Fe2.73Co1.18Sb12 prepared by the TGZM method. The Ce filling reduces the carrier concentration to 1.03 × 1020 cm−3 in the Ce1.25Fe3CoSb12, leading to an increased Seebeck coefficient. Density functional theory (DFT) calculation indicates that the Ce-filling introduces an impurity level near the Fermi level. Moreover, the rattling effect of the Ce fillers strengthens the short-wavelength phonon scattering and reduces the lattice thermal conductivity to 0.91 W m−1 K−1. These effects induce a maximum Seebeck coefficient of 168 μV K−1 and a lowest κ of 1.52 W m−1 K−1 at 693 K in the Ce1.25Fe3CoSb12, leading to a peak zT value of 0.65, which is 9 times higher than that of the unfilled Fe3CoSb12.
登录
查看更多内容
基于第一性原理的高性能Half-Heusler热电材料的能带结构和输运特性
DOI：
10.3390/ma11050847
发表时间：
2018-05-19
期刊：
Materials (Basel, Switzerland)
影响因子：
--
作者：
Fang T;Zhao X;Zhu T
通讯作者：
Zhu T
影响因子：
3.9
作者：
通讯作者：
--
影响因子：
4.4
作者：
Bhardwaj, Ruchi;Johari, Kishor Kumar;Dhar, Ajay
通讯作者：
Dhar, Ajay
影响因子：
9.5
作者：
Ghosh, Sanyukta;Shankar, Gyan;Mallik, Ramesh Chandra
通讯作者：
Mallik, Ramesh Chandra
影响因子：
6.2
作者：
Aversano, F.;Branz, S.;Castellero, A.
通讯作者：
Castellero, A.