Discovery of YbNiSb-Based Half-Heusler Alloys as Promising Thermoelectric Materials
Discovery of YbNiSb-Based Half-Heusler Alloys as Promising Thermoelectric Materials
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发现 YbNiSb 基 Half-Heusler 合金作为有前途的热电材料
DOI：
10.1021/acsaem.2c02269
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发表时间：
2022-10
影响因子：
6.4
通讯作者：
Chenyang Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiamian Huang;Rongtao Liu;Quanying Ma;Zuojian Jiang;Yibin Jiang;Yu Li;Chenyang Wang
Half-Heusler材料是用于高温发电的有希望的候选者，并且与其他热电材料系统相比具有相对高的晶格热导率。在这项工作中，我们报告了一种新型的p型YbNiSb基半Heusler合金，具有低的晶格热导率（在340 K时为3.6 W m-1 K-1），这是由于它们的大Gru Neisen参数，低声速和低德拜温度。所有YbNiSb基合金在室温下都表现出30-50 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）的高载流子迁移率，这是因为它们的有效质量相对较小。重要的是，结构分析表明，富Yb的Yb 1.3Ni 0.9Sb 0.8显示Yb/Ni和Yb/Sb替代，表明实验上的YbNiSb相的宽均匀性区域。YbNiSb基合金中Yb和Ni含量的可调可以改变费米能级附近的能带结构，并显着影响电输运性质。此外，通过在Yb位点掺杂Ta，可以操纵这些合金的载流子浓度和晶格热导率。结果表明，Yb_（0.95）Ta_（0.05）NiSb在823 K时的峰值Z_T值为0.45。我们的工作表明，YbNiSb基合金是很有前途的p型热电材料，并提出了通过调整其组成和晶体结构来开发新型热电合金的可能性。
Half-Heusler materials are promising candidates for high-temperature power generation and have relatively high lattice thermal conductivity compared to other thermoelectric material systems. In this work, we report novel p-type YbNiSb-based half-Heusler alloys with a low lattice thermal conductivity (∼3.6 W m–1K–1at 340 K) that resulted from their large Grüneisen parameter, low sound speed, and low Debye temperature. All YbNiSb-based alloys exhibit a high carrier mobility of 30–50 cm2V–1s–1at room temperature because of their relatively small effective mass. Importantly, the structural analysis reveals that Yb-rich Yb1.3Ni0.9Sb0.8exhibits Yb/Ni and Yb/Sb substitution, indicating a wide homogeneity region of the YbNiSb phase experimentally. The adjustable Yb and Ni contents in YbNiSb-based alloys can modify the band structure around the Fermi level and significantly affect electrical transport properties. Additionally, by doping Ta at Yb sites, the carrier concentration and lattice thermal conductivity of these alloys can be manipulated. Consequently, a peakzTvalue of 0.45 at 823 K was achieved for Yb0.95Ta0.05NiSb. Our work demonstrates that YbNiSb-based alloys are promising p-type thermoelectric materials and suggests the possibility of exploring novel thermoelectric alloys in rare-earth nickel pnictides via tuning their composition and crystal structure.
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