Enhancing the figure of merit of n-type PbTe materials through multi-scale graphene induced interfacial engineering

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作者
Wenbin Qiu,Huan He,Zhengshang Wang,Qiujun Hu,Xudong Cui,Zhengguo Wang,Yan Zhang,Lin Gu,Lei Yang,Yixiang Sun,Liuwei Zhao,Longqing Chen,Hao Deng,Jun Tang
出处
期刊:Nano Today [Elsevier BV]
卷期号:39: 101176-101176 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.nantod.2021.101176
摘要

The intrinsically low thermal conductivity and excellent electrical properties of lead telluride (PbTe) compounds are highly promising for the thermoelectric conversion in intermediate temperature range. However, a problematic issue is that the inferior thermoelectric performance of n-type leg severely restricts the applications of PbTe-based thermoelectric couples. Here we report a highly boosted figure of merit peak value of 1.73 at 843 K in graphene-incorporated n-type PbTe compound. The dramatically improved thermoelectric performance is ascribed to the realization of a multi-scale feature of graphene-induced interfacial decorations distributing along grain boundaries, which creates massive PbTe/graphene interfaces for the manipulation of electron and phonon transport properties. In detail, lattice thermal conductivity is abundantly suppressed by the graphene-induced grain boundary scattering upon low-frequency phonons. Simultaneously, nano-scale graphene precipitates trigger the energy filtering effect, bringing about distinctly enhanced Seebeck coefficient and power factor. The present strategy of implementing high-efficiency interfacial engineering (IE) from graphene additions with multiple scales offers an applicable pathway for fabricating high-performance thermoelectric materials with both optimized thermal and electrical transport properties.

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