Phase interface engineering enables state-of-the-art half-Heusler thermoelectrics

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作者
Yi‐Hua Zhang,Guyang Peng,Shuankui Li,Haijun Wu,Kaidong Chen,Jiandong Wang,Zhihao Zhao,Tu Lyu,Yuan Yu,Chaohua Zhang,Yang Zhang,Chuansheng Ma,Shengwu Guo,Xiangdong Ding,Jun Sun,Fusheng Liu,Lipeng Hu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:9
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50371-4
摘要

Abstract In thermoelectric, phase interface engineering proves effective in reducing the lattice thermal conductivity via interface scattering and amplifying the density-of-states effective mass by energy filtering. However, the indiscriminate introduction of phase interfaces inevitably leads to diminished carrier mobility. Moreover, relying on a singular energy barrier is insufficient for comprehensive filtration of low-energy carriers throughout the entire temperature range. Addressing these challenges, we advocate the establishment of a composite phase interface using atomic layer deposition (ALD) technology. This design aims to effectively decouple the interrelated thermoelectric parameters in ZrNiSn. The engineered coherent dual-interface energy barriers substantially enhance the density-of-states effective mass across the entire temperature spectrum while preser carrier mobility. Simultaneously, the strong interface scattering on phonons is crucial for curtailing lattice thermal conductivity. Consequently, a 40-cycles TiO 2 coating on ZrNi 1.03 Sn 0.99 Sb 0.01 achieves an unprecedented zT value of 1.3 at 873 K. These findings deepen the understanding of coherent composite-phase interface engineering.
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