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新型热电材料具有创纪录的性能

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-05-07浏览次数:1991

利用理论计算预测新材料性能的最新进展,研究人员周四报告说,一类新的半赫斯勒热电化合物,包括一个创纪录的高质量因子,被用来确定它有多有效,热电材料转换加热发电。

休斯顿大学德州超导中心(TCSUH)主任、物理学家任志峰说:“它在所有温度下都能保持高质量,在未来的应用中可能很重要。”一篇关于这项工作的论文发表在《自然通讯》杂志上。

热电材料作为“清洁”电源的潜在来源越来越受到研究界的关注,这种电源是在材料将热量(通常是发电厂或其他工业过程中的废热)转化为电能时产生的。

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许多有前途的材料已经被发现,虽然大多数材料已不足以满足所有商业应用。研究人员说,他们发现由铋、铁和锶组成的半希斯勒化合物产生了“非常有前途的热电发电”的结果。

研究人员测量了一种化合物的转化效率为11.4%,这意味着每100瓦的热量就能产生11.4瓦的电能。理论计算显示效率为14%,任博士也是安德森大学的物理教授。他指出,许多热电器件将有实际的应用,转换效率为10%。

总之,研究人员预测了六种以前未报告的化合物,并成功合成了一种不使用昂贵元素而提供高性能的化合物。

他们写道:“我们发现了六种未记录的化合物,其中五种在半Hesler晶体结构中是稳定的。” “在这项工作中发现了基于p型TaFeSb的Heusler。其中一种化合物具有非常有前途的热电性能。”

除了Ren和他的实验室成员之外,这项工作涉及其他UH研究人员;密苏里大学;麻省理工学院;中国科学院北京凝聚态物理国家实验室;中国重庆西南大学;德国德累斯顿金属材料研究所;中国电子科技大学;和上海大学。

通过依靠理论计算来预测具有高热电性质的化合物,研究人员可以研究最有希望的化合物。但是由UH博士后研究人员和第一作者Hangtian Zhu和Jun Mao领导的痰,铁和痰等材料的实际创建证明是复杂的,部分原因是这些成分具有不同的物理性质。

例如,铈的熔点高于3000摄氏度,铈的熔点高达630摄氏度。氦气很硬,氦气比较软,使电弧熔化 - 一种粘接材料的常用方法 - 更加困难。他们能够使用球和热压的组合制造化合物。

一旦化合物形成,研究人员说它提供了所需的物理性能和确保结构完整性的机械性能。 Ren表示,所使用的元素相对可用且价格低廉,这使得该化合物具有成本效益。

除了化合物本身的性质外,研究人员还表示,他们的发现为进一步依赖计算方法指导实验工作提供了强有力的支持。

“应该注意的是,仔细的实验合成和化合物评估是昂贵的,大多数理论计算,特别是在高通量模式下,相对便宜,”他们写道。 “因此,在进行仔细的实验研究之前,使用更复杂的理论研究预测化合物可能是有益的。”

除了Ren,Zhu和Mao之外,论文的共同作者还包括朱青,刘子航,田童和吉明宝,他们都是UH;密苏里大学李玉伟,孙继峰,于玉浩,David J. Singh;王玉梅,中国科学院北京凝聚态物理国家实验室;李冠南,重庆西南大学;宋启臣,周嘉伟,陈刚和麻省理工学院; Ran He,Andre Sotnikov和Kornelius Nielsch与德累斯顿金属材料研究所合作;任武阳,王志明,电子科技大学;李友,罗军,上海大学。