Enhancement in thermoelectric properties of ZrNiSn-based alloys by Ta doping and Hf substitution

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作者
Xiong Yang,Yanxia Wang,Ruonan Min,Zongning Chen,Enyu Guo,Huijun Kang,Linwei Li,Xue Jiang,Tongmin Wang
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:233: 117976-117976 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.117976
摘要

Though half-Heusler alloys are listed among the mid-high temperature thermoelectric materials with excellent thermoelectric and mechanical properties, their thermal conductivities remain high and limit their practical applications. In this work, the thermal conductivities and electrical conductivities of ZrNiSn-based alloys were synergistically optimized by Ta doping and Hf substitution. The samples were fabricated using levitation melting combined with spark plasma sintering. When compared with the pristine ZrNiSn, the electrical conductivity in Zr0.68Hf0.3Ta0.02NiSn increases from 7.3 × 104 to 12.9 × 104 S·m−1, and the lattice thermal conductivity declines from 4.1 to 2.7 W·m−1·K−1 at 923 K. As a result, an enhanced ZT of 0.94 for Zr0.68Hf0.3Ta0.02NiSn is achieved, which is a nearly 56% enhancement over pristine ZrNiSn. Furthermore, the microhardness, Young's modulus, and shear modulus in Zr1-x-yHfxTayNiSn (x = 0, 0.2, 0.3, 0.4; y = 0, 0.02) alloys are substantially improved upon increasing the Ta and/or Hf content, far exceeding those in other conventional thermoelectric materials.
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