Grain Boundary Engineering for Achieving High Thermoelectric Performance in n‐Type Skutterudites

材料科学 晶界 热电效应 声子散射 凝聚态物理 电子迁移率 热导率 热电材料 声子 散射 粒度 塞贝克系数 光电子学 复合材料 光学 热力学 微观结构 物理
作者
Xianfu Meng,Zihang Liu,Bo Cui,Dandan Qin,Huiyuan Geng,Wei Cai,Liangwei Fu,Jiaqing He,Zhifeng Ren,Jiehe Sui
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (13) 被引量:225
标识
DOI:10.1002/aenm.201602582
摘要

Grain or phase boundaries play a critical role in the carrier and phonon transport in bulk thermoelectric materials. Previous investigations about controlling boundaries primarily focused on the reducing grain size or forming nanoinclusions. Herein, liquid phase compaction method is first used to fabricate the Yb‐filled CoSb 3 with excess Sb content, which shows the typical feature of low‐angle grain boundaries with dense dislocation arrays. Seebeck coefficients show a dramatic increase via energy filtering effect through dislocation arrays with little deterioration on the carrier mobility, which significantly enhances the power factor over a broad temperature range with a high room‐temperature value around 47 μW cm −2 K −1 . Simultaneously, the lattice thermal conductivity could be further suppressed via scattering phonons via dense dislocation scattering. As a result, the highest average figure of merit ZT of ≈1.08 from 300 to 850 K could be realized, comparable to the best reported result of single or triple‐filled Skutterudites. This work clearly points out that low‐angle grain boundaries fabricated by liquid phase compaction method could concurrently optimize the electrical and thermal transport properties leading to an obvious enhancement of both power factor and ZT .

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