Enhancement of the thermoelectric performance of half-metallic full-Heusler Mn2VAl alloys via antisite defect engineering and Si partial substitution

材料科学 热电效应 塞贝克系数 热电材料 合金 无量纲量 金属 凝聚态物理 冶金 热导率 复合材料 热力学 物理
作者
Hezhang Li,K. Hayashi,Zhicheng Huang,Hiroto Takeuchi,Gakuto Kanno,Jing‐Feng Li,Yuzuru Miyazaki
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:10 (2): 511-519 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2023.11.013
摘要

A half-metallic full-Heusler Mn2VAl alloy is a potential p-type thermoelectric material that can directly generate electricity from waste heat via the Seebeck effect. For practical use, the Seebeck coefficient S of Mn2VAl should be increased while maintaining a high electrical conductivity σ from its half-metallic character. Herein, we achieved this objective through antisite defect engineering. Theoretically, it was predicted that the S was maximized by regulating partial density of states of majority-spin sp-electrons through the control of the fraction of antisite defect, fAD, between V and Al atoms in Mn2VAl. Experimentally, a significant increase in S and a slight decrease in σ were observed for an Mn2VAl sample with an optimal fAD = 33 %, enhancing the thermoelectric power factor PF by 2.7 times from an Mn2VAl sample with fAD = 14 %. Furthermore, we combined the antisite defect engineering with a partial substitution method. An Mn2V(Al0.96Si0.04) sample with fAD = 33 % exhibited the highest PF = 4.5×10−4 W m−1 K−2 at 767 K among the samples. The maximum dimensionless figure-of-merit zT of the Mn2V(Al0.96Si0.04) sample with fAD = 33 % was measured to be 3.4×10−2 at 767 K, which is the highest among the p-type half-metallic full-Heusler alloys.
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