Reducing lattice thermal conductivity via phonon engineering: Strategies for high-performance thermoelectrics

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作者
Yayu Wang,Jue Hou,Ming Yang,Xingli Zhang
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
卷期号:35 (3): 037201-037201
标识
DOI:10.1088/1674-1056/ae1c22
摘要

Abstract Thermoelectric materials convert heat directly into electricity and are therefore promising for energy harvesting and environmental applications. Ideal high-performance thermoelectrics combine ultralow lattice thermal conductivity, κ L , with high carrier mobility, a paradigm commonly termed phonon-glass electron-crystal. However, strong coupling between electronic and phononic transport complicates simultaneous optimization of these properties. Because κ L is largely independent of electronic transport, targeted suppression of κ L is an effective route to partially decouple heat and charge transport. This review summarizes recent advances in reducing κ L via two complementary approaches: phonon engineering of bulk nanostructured systems and phonon engineering of low-dimensional materials. In bulk systems, κ L may be minimized while retaining high electrical conductivity and maximizing the thermoelectric figure of merit ZT by controlling three fundamental phonon parameters: the volumetric specific heat c v , the phonon group velocity v g , and the phonon relaxation time τ . Low-dimensional architectures, including superlattices, nanowires, and nanocomposites, supply additional levers to suppress lattice heat transport and to tailor the electronic structure. Integrating multiscale and multimodal phonon-control strategies enables significant reductions in κ L without sacrificing electronic performance, thereby advancing the phonon-glass electron-crystal paradigm.

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