Doping distribution in Skutterudites with ultra-high filling fractions for achieving ultra-low thermal conductivity
Doping distribution in Skutterudites with ultra-high filling fractions for achieving ultra-low thermal conductivity
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具有超高填充分数的方钴矿中的掺杂分布，以实现超低导热率
DOI：
10.1016/j.actamat.2021.116791
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发表时间：
2021-03
期刊：
影响因子：
9.4
通讯作者：
Lixia Zhang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wei Ren;Yan Sun;Jialun Zhang;Yiping Xi;Huiyuan Geng;Lixia Zhang
低晶格热导率对于热电材料和热障材料具有重要意义。基质晶格中的间隙原子或替代原子从根本上引入点缺陷以散射声子，然而，这不足以实现玻璃状热导率。在此，我们制备了具有超高Yb填充率的Yb填充CoSb 3方钴矿，发现其有序超结构与纳米/亚纳米尺度的非均匀Yb晶体共存。接近玻璃极限的超低晶格热导率是由于从超高Yb填充分数和额外的声子散射从有序的超结构，纳米级不均匀的Yb填料，和高密度的晶格应变引起的有序和调制填料的增强的摇铃效应。调节掺杂原子的分布为掺杂原子实现热电材料和热障材料的超低热导率开辟了一个新的维度，超越了点缺陷散射的观点。
Low lattice thermal conductivity is of great importance for thermoelectric materials and thermal barrier materials. Interstitial or substitutional atoms in the host lattice fundamentally introduce point defects to scatter phonons, which is, however, not sufficient for achieving glass-like thermal conductivity. Here, we fabricated the Yb-filled CoSb3skutterudites with an ultra-high Yb filling fraction, in which the coexistence of ordered superstructures and nano/sub-nano scale inhomogeneous Yb interstitials was revealed. An ultra-low lattice thermal conductivity approaching the glass limit was achieved due to the enhanced rattling effect from the ultra-high Yb filling fraction and extra phonon scattering from the ordered superstructures, nanoscale inhomogeneous Yb fillers, and high-density lattice strain caused by the ordered and modulated fillers. Modulating the distribution of doping atoms opens a new dimension for doping atoms to achieve ultra-low thermal conductivities for thermoelectric materials and thermal barrier materials beyond the point defects scattering perspective.
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