Multifaceted Roles of Tantalum in Promoting the Thermoelectric Performance of Mg 3 (Sb,Bi) 2 Based Materials

材料科学 热电效应 热电材料 声子 纳米技术 金属 氮化钽 电子迁移率 热的 格子(音乐) 工程物理 冶金 粒度 光电子学 工作(物理) 化学工程 能量转换效率 晶体缺陷 晶粒生长 纳米晶 碳化钽 晶体结构
作者
Guangmeng You,Jingdan Lei,Kai Xu,Yuntian Fu,Xueke Gu,Chengxiao Peng,Zhen Wang,Jing Chen,Kunpeng Zhao,Chao Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e75768-e75768
标识
DOI:10.1002/advs.75768
摘要

ABSTRACT Mg 3 (Sb,Bi) 2 has emerged as one of the most promising thermoelectric materials with the potential to complement commercial bismuth telluride. However, its performance is still hindered by pronounced carrier grain‐boundary scattering, relatively high lattice thermal conductivity, and poor chemical stability. In this work, we reveal the multifaceted role of Ta in enhancing the thermoelectric performance of Mg 3 (Sb,Bi) 2 ‐based materials. The incorporation of Ta not only increases carrier concentration through the donor effect, but also boosts carrier mobility by promoting grain growth and reducing the potential barrier. Meanwhile, Ta point defects together with metallic Ta precipitates induce strong phonon scattering, leading to a substantial reduction in lattice thermal conductivity. These synergistic effects yield outstanding TE performance, with a remarkably high zT plateau of 1.8 between 573 and 723 K, surpassing the performance of most previously reported Mg 3 (Sb,Bi) 2 systems. Moreover, a TE module constructed by both p‐type and n‐type Zintl phases achieves a high conversion efficiency of 9.6% at ΔT of 460 K. This work takes an important step toward the practical application of Mg 3 Sb 2 ‐based TE materials and devices.
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