Medium Entropy‐Enabled High Performance Cubic GeTe Thermoelectrics

材料科学 凝聚态物理 热电材料 热电效应 热导率 相变 热力学 晶体结构 结晶学 化学 复合材料 物理
作者
Shizhen Zhi,Jibiao Li,Lipeng Hu,Junqin Li,Ning Li,Haijun Wu,Fusheng Liu,Chaohua Zhang,Weiqin Ao,Heping Xie,Xinbing Zhao,Stephen J. Pennycook,Tiejun Zhu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (12): 2100220-2100220 被引量:127
标识
DOI:10.1002/advs.202100220
摘要

Abstract The configurational entropy is an emerging descriptor in the functional materials genome. In thermoelectric materials, the configurational entropy helps tune the delicate trade‐off between carrier mobility and lattice thermal conductivity, as well as the structural phase transition, if any. Taking GeTe as an example, low‐entropy GeTe generally have high carrier mobility and distinguished zT > 2, but the rhombohedral‐cubic phase transition restricts the applications. In contrast, despite cubic structure and ultralow lattice thermal conductivity, the degraded carrier mobility leads to a low zT in high‐entropy GeTe. Herein, medium‐entropy alloying is implemented to suppress the phase transition and achieve the cubic GeTe with ultralow lattice thermal conductivity yet decent carrier mobility. In addition, co‐alloying of (Mn, Pb, Sb, Cd) facilitates multivalence bands convergence and band flattening, thereby yielding good Seebeck coefficients and compensating for decreased carrier mobility. For the first time, a state‐of‐the‐art zT of 2.1 at 873 K and average zT ave of 1.3 between 300 and 873 K are attained in cubic phased Ge 0.63 Mn 0.15 Pb 0.1 Sb 0.06 Cd 0.06 Te. Moreover, a record‐high Vickers hardness of 270 is attained. These results not only promote GeTe materials for practical applications, but also present a breakthrough in the burgeoning field of entropy engineering.
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