The intrinsic disorder related alloy scattering in ZrNiSn half-Heusler thermoelectric materials.
The intrinsic disorder related alloy scattering in ZrNiSn half-Heusler thermoelectric materials.
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ZrNiSn half-Heusler 热电材料中本征无序相关的合金散射
DOI：
10.1038/srep06888
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发表时间：
2014-11-03
影响因子：
4.6
通讯作者：
Zhu T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xie H;Wang H;Fu C;Liu Y;Snyder GJ;Zhao X;Zhu T
这种固有的结构无序极大地影响了半导体中的热和电子输运。尽管通常被认为是有序化合物，但半-Heusler-ZrNiSn型化合物显示出无序合金的许多输运特征。与(Zr，Hf)NiSn基固溶体类似，未取代的ZrNiSn系化合物也表现出以合金散射为主的电荷输运，这在本工作中得到了证明。这种意外的电荷输运，即使在通常被认为是全有序的ZrNiSn中，也可以用这个半Heusler系统中的Ni部分填充间隙位来解释。通过改变Sb掺杂浓度，定量分析了载流子浓度在5.0×10 19~2.3×10 2 1 cm−3范围内，晶体结构中的无序和缺陷对电子输运过程的影响。优化的载流子浓度nH≈3-4×1020 cm−_2在875K时得到ZT_≈_(0.8)。这项工作表明，MNiSn(M=Hf，Zr，Ti)和其他大多数半Heusler热电材料都应该被认为是高度无序的，特别是在试图了解其电子和声子结构和输运特性时。
The intrinsic structural disorder dramatically affects the thermal and electronic transport in semiconductors. Although normally considered an ordered compound, the half-Heusler ZrNiSn displays many transport characteristics of a disordered alloy. Similar to the (Zr,Hf)NiSn based solid solutions, the unsubstituted ZrNiSn compound also exhibits charge transport dominated by alloy scattering, as demonstrated in this work. The unexpected charge transport, even in ZrNiSn which is normally considered fully ordered, can be explained by the Ni partially filling interstitial sites in this half-Heusler system. The influence of the disordering and defects in crystal structure on the electron transport process has also been quantitatively analyzed in ZrNiSn1-xSbxwith carrier concentrationnHranging from 5.0×1019to 2.3×1021cm−3by changing Sb dopant content. The optimized carrier concentrationnH≈ 3–4×1020cm−2results inZT≈ 0.8 at 875K. This work suggests thatMNiSn (M= Hf, Zr, Ti) and perhaps most other half-Heusler thermoelectric materials should be considered highly disordered especially when trying to understand the electronic and phonon structure and transport features.
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