ZrNiSn半Heusler热电材料中本征无序相关合金散射
时间:2021-10-14 阅读:277
【引言】
【成果介绍】
本征结构无序会显著影响半导体的热输运和电子输运。尽管通常认为是有序化合物,但半Heusler-ZrNiSn表现出无序合金的许多输运特性。与(Zr,Hf)NiSn基固溶体类似,未被取代的ZrNiSn化合物也表现出以合金散射为主的电荷输运。这种意外的电荷输运,即使在通常被认为是*有序的ZrNiSn中,也可以用半Heusler系统中Ni部分填充间隙位来解释。通过改变Sb掺杂量,定量分析了载流子浓度nH为5.0×1019~2.3×1021cm-3的ZrNiSn1-xSbx中晶体结构的无序和缺陷对电子输运过程的影响。采用LinseisLSR-3系统测量了其Seebeck系数。优化的载流子浓度nH<3-4×1020cm-2导致在875K处ZT<0.8。这项工作表明,MNiSn(M=Hf,Zr,Ti)和其他大部分半Heusler热电材料应被认为是高度无序的,尤其是在试图理解电子和声子结构和输运特性时。
【图文导读】
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【结论】
与重取代(Zr,Hf)NiSn基固溶体合金相似,未取代ZrNiSn化合物也表现出合金散射主导的电荷输运,μH~T-0.5依赖性表明。这种意外的输运现象可以用Ni部分填充间隙位来解释。分析表明,即使ZrNiSn-half-Heusler合金中存在少量的原子无序,也足以导致合金散射主导的电子输运,这意味着本征点缺陷无序对TE材料中电荷输运的影响具有重要意义。实验和理论计算表明,优化的ZT值接近nH≈3-4×1020cm-3。在875K时,ZrNiSn0.99Sb0.01的ZT<0.8。这项工作表明,MNiSn和其他大多数半费斯勒热电材料在试图理解电子和声子结构时,应被认为是无序的。