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Wide-temperature-range thermoelectric n-type Mg3(Sb,Bi)2 with high average and peak zT values

热电效应 材料科学 热电材料 大气温度范围 热导率 塞贝克系数 凝聚态物理 工作(物理) 电阻率和电导率 工程物理 光电子学 热力学 复合材料 电气工程 物理 工程类
作者
Jingwei Li,Zhijia Han,Jincheng Yu,Hua‐Lu Zhuang,Haihua Hu,Bin Su,Hezhang Li,Yilin Jiang,Lu Chen,Weishu Liu,Qiang Zheng,Jing‐Feng Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:76
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43228-9
摘要

Mg3(Sb,Bi)2 is a promising thermoelectric material suited for electronic cooling, but there is still room to optimize its low-temperature performance. This work realizes >200% enhancement in room-temperature zT by incorporating metallic inclusions (Nb or Ta) into the Mg3(Sb,Bi)2-based matrix. The electrical conductivity is boosted in the range of 300-450 K, whereas the corresponding Seebeck coefficients remain unchanged, leading to an exceptionally high room-temperature power factor >30 μW cm-1 K-2; such an unusual effect originates mainly from the modified interfacial barriers. The reduced interfacial barriers are conducive to carrier transport at low and high temperatures. Furthermore, benefiting from the reduced lattice thermal conductivity, a record-high average zT > 1.5 and a maximum zT of 2.04 at 798 K are achieved, resulting in a high thermoelectric conversion efficiency of 15%. This work demonstrates an efficient nanocomposite strategy to enhance the wide-temperature-range thermoelectric performance of n-type Mg3(Sb,Bi)2, broadening their potential for practical applications.
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