Mechanical Compatibility between Mg3(Sb,Bi)2 and MgAgSb in Thermoelectric Modules

材料科学 热膨胀 热电效应 热电材料 相容性(地球化学) 热的 复合材料 热力学 热导率 物理
作者
Yifan Sun,Jiahui Fu,Yuji Ohishi,Keita Toh,Koichiro Suekuni,Kunihiro Kihou,Ushin Anazawa,Chul‐Ho Lee,Ken Kurosaki
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (19): 23246-23254 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02544
摘要

Thermoelectric (TE) modules are exposed to temperature gradients and repeated thermal cycles during their operation; therefore, mechanically robust n- and p-type legs are required to ensure their structural integrity. The difference in the coefficients of thermal expansion (CTEs) of the two legs of a TE module can cause stress buildup and the deterioration of performance with frequent thermal cycles. Recently, n-type Mg3Sb2 and p-type MgAgSb have become two promising components of low-temperature TE modules because of to their high TE performance, nontoxicity, and abundance. However, the CTEs of n-Mg3Sb2 and p-MgAgSb differ by approximately 10%. Furthermore, the oxidation resistances of these materials at increased temperatures are unclear. This work manipulates the thermal expansion of Mg3Sb2 by alloying it with Mg3Bi2. The addition of Bi to Mg3Sb2 reduces the coefficient of linear thermal expansion from 22.6 × 10-6 to 21.2 × 10-6 K-1 for Mg3Sb1.5Bi0.5, which is in excellent agreement with that of MgAgSb (21 × 10-6 K-1). Furthermore, thermogravimetric data indicate that both Mg3Sb1.5Bi0.5 and MgAgSb are stable in air and Ar at temperatures below ∼570 K. The results suggest the compatibility and robustness of Mg3Sb1.5Bi0.5 and MgAgSb as a pair of thermoelectric legs for low-temperature TE modules.

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