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李武研究员课题组在材料Mg3Sb2的热电性质预测方面取得研究进展

发布时间:2020-05-11 | 浏览次数:

热电材料可实现热能和电能的相互转换,这对能源的可持续发展有重要意义。Mg3Sb2是一种新兴热电材料,根据现有实验报道,其n-型在720K左右时最高热电优值ZT约为1.85,而其p-型的热电优值仅为0.8左右。从热电器件的角度出发,为达到最好的器件发电效率,其母体材料需要具有匹配的n-和p-型热电优质。


考虑到实验数据大部分是在Mg3Sb2多晶体系中测得,李武研究员课题组使用当前最先进的第一性原理方法计算了Mg3Sb2单晶中沿不同主轴的热电性质。计算发现n-型Mg3Sb2的ZT基本上各项同性,并与实验报道值非常吻合。同时,由于空穴有效质量的各项异性,p-型Mg3Sb2的ZT具有很强的各项异性,垂直ab面方向的ZT在750K时可以达到1.5,此数值远超之前实验研究在多晶体系中的报道。此研究为提高p-型Mg3Sb2热电性能提供了一条切实可行的道路,即通过取向织构结构,来提高多晶p-型Mg3Sb2的ZT。

 

(图:左上图为晶体结构,右上图为能带结构。左下图是面内方向ZT。右下图是垂直面方向ZT。)

 

研究结果发表于Materials Today Physics 13, 100217 (2020), 标题为“Anisotropic thermoelectric figure-of-merit in Mg3Sb2”。论文第一作者是李武研究员与贺健教授共同指导的克莱姆森大学(美国)博士生孟繁臣,曾获2018年国际热电学会 ITS Summer Fellowship到李武课题组暑期访学(https://ias.szu.edu.cn/info/1019/2280.htm)。合作者包括孙松松博士,马金龙副研究员(现为华中科技大学教师),克莱姆森大学贺健教授和C. Chronister。研究工作受国家自然科学基金和深圳市科创委学科布局项目资助。


李武研究员2008年以来一直从事热、电以及热电输运的研究工作,通过发展计算方法和开发计算工具,极大地推动了微纳尺度传热和热电材料等领域的发展。


论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529320300419