Insights into structural stability and thermal energy conversion into electrical properties of Mg3X2 (X = P, As, and Sb) compounds: A first-principles study

材料科学 热稳定性 带隙 热导率 热电效应 功勋 密度泛函理论 热电材料 声子 工作(物理) 色散(光学) 热力学 凝聚态物理 光电子学 化学工程 物理 计算化学 化学 光学 复合材料 工程类
作者
Mangal Chand Rolania,Peeyush Kumar Kamlesh,Pawan Kumar,G. Sharma,Ajay Singh Verma
出处
期刊:Modern Physics Letters B [World Scientific]
卷期号:39 (22) 被引量:6
标识
DOI:10.1142/s0217984925500812
摘要

Thermoelectric (TE) materials that convert heat directly into electricity are crucial for waste heat recovery and renewable energy applications. This study focuses on Mg 3 X 2 ([Formula: see text], As, and Sb) compounds, which have emerged as promising candidates for TE applications due to their abundance, non-toxicity, and potential for high efficiency across a broad temperature range. We employed density functional theory and the VASP simulation code to compute the structural, electronic, and TE properties of Mg 3 X 2 compounds. Structural analysis indicates that Mg 3 P 2 and Mg 3 As 2 crystalize in cubic form and Mg 3 Sb 2 acquire a trigonal structure. Mg 3 P 2 and Mg 3 As 2 have direct bandgaps of 1.60 and 1.42[Formula: see text]eV, while Mg 3 Sb 2 has an indirect bandgap of 0.24[Formula: see text]eV. Mg 3 P 2 and Mg 3 As 2 , with their lower thermal conductivities, show high figures of merit (ZT), particularly at low temperatures. Mg 3 Sb 2 , though exhibiting a higher thermal conductivity, demonstrates superior power factors at elevated temperatures. The mechanical stability and phonon dispersion curves analysis confirms that all compounds meet the criteria for structural stability, suggesting their suitability for practical applications. This work highlights the potential of Mg 3 X 2 compounds as viable TE materials and provides insights for future experimental and theoretical studies aimed at improving their performance.
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