大劑量銻金屬材料取代錫金屬材料位置,錫金屬材料與銻金屬材料生產體系同樣具有極低的晶格熱導率,銻金屬材料含量為30%的試樣,其室溫晶格熱導率較銻金屬材料含量2%的樣品低73%之多。由于錫金屬材料和銻金屬材料原子尺度類似,質量接近,這樣大的晶格熱導率下降難以用合金化產生的質量波動和應力應變波動來解釋。
銻金屬材料多種微結構表征手段結合聲子輸運模型的深入分析則表明,與銻金屬材料合金化硅化鎂材料中的情況不同,Mg2錫金屬材料1-x銻金屬材料x低的晶格熱導率是源于銻金屬材料元素異價合金化所誘發的鎂空位及大量的間隙團簇等多尺度缺陷。另一方面,針對該材料電性能的分析表明,這些多尺度缺陷對材料載流子遷移率的影響相對較小。
因此,銻金屬材料合金化Mg2錫金屬材料材料的zT值相比其摻雜成分實現了50%的提高,在750 K達到0.9,接近Mg2(Si,錫金屬材料)固溶體的性能水平,但成分更簡單。該研究擴充了對材料中異價合金化所誘發的復雜多尺度缺陷及其對材料熱電性能影響的認識,并為其它材料的熱電性能研究提供了有意義的借鑒。
調節體系載流子濃度的作用,而大劑量銻金屬材料元素的加入,由于電價平衡需要,則能誘發Mg空位,降低電子濃度及高密度位錯,對聲子輸運產生了額外的散射,從而實現材料晶格熱導率的大幅度降低。然而,硅化鎂類似物中銻金屬材料的合金化所產生的多尺度缺陷對電性能的惡化亦不容忽視,以至于整體熱電性能并未得到有效提升。但異價合金化這一改性手段在其它同類合金材料。
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