Исследователи сообщают о рекордных характеристиках материала Zintl на основе висмута: результаты показывают, что это соединение может хорошо работать в качестве термоэлектрического материала.

Новый материал нетоксичен и может использоваться при температурах от 500 до 600 градусов по Цельсию или около 1000 градусов по Фаренгейту. Исследование описано в статье, опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Термоэлектрические материалы производят электричество, используя поток теплового тока из более теплой области в более прохладную, и в настоящее время используются как в подводных, так и в аэрокосмических приложениях. Однако широкому распространению этой формы чистой энергии препятствует относительно низкая эффективность имеющихся материалов; то есть они преобразуют тепло в электричество с относительно низкой скоростью, которая определяется добротностью, или ZT.

Соединения Цинтля — класс материалов, названный в честь немецкого химика Эдуарда Цинтля, который разработал идею соединения металл / неметалл, — считаются потенциальными кандидатами на роль термоэлектрических материалов.Но соединения цинка на основе висмута не были широко изучены, сказал Чжифэн Рен, доктор медицины, профессор кафедры физики Андерсона в Хьюстонском университете и ведущий автор статьи. По словам Рена, материалы Zintl в целом часто игнорируются как потенциальные термоэлектрические материалы, потому что они обычно не эффективно преобразуют тепло в электричество.

Исследователи сообщили, что новый материал, описываемый формулой (Eu0.5Yb0.5) 1-xCaxMg2Bi2, имел добротность 1,3 при 873 К (600 градусов Цельсия), что выше, чем у Zintl на основе сурьмы. соединения.Это означает, что эффективность составляет около 10 процентов, сказал Рен, который также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в UH. Максимальный КПД современных одиночных термоэлектрических материалов составляет около 12 процентов.«Эта новая фаза цинтля на основе Bi с высокими термоэлектрическими свойствами может стать хорошим кандидатом в термоэлектрический материал в будущем», — пишут исследователи.

В этой статье они описывают использование полосовой техники и нескольких флуктуаций поля деформации для повышения добротности материала. «Это значение ZT является самым высоким из когда-либо зарегистрированных для структуры на основе CaAl2Si2, особенно по сравнению с наиболее популярными соединениями Zintl на основе Sb», — пишут они. «Мы подтверждаем, что химический беспорядок не влияет на валентную зону, но влияет на зону проводимости, что приводит к хорошим свойствам TE p-типа».Помимо Рена, в число авторов статьи входят Чинг-Ву «Пол» Чу, главный научный сотрудник Техасского центра сверхпроводимости в UH; Джиминг Бао, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в UH; Чжуань Чжу и Цзин Шуай, аспиранты UH; Цзихан Лю, Хуэйюань Гэн и Цзихэ Суй из Харбинского технологического института в Китае; Чао Ван из Университета электротехники и технологий Китая и Юйчэн Лан из государственного университета Моргана.


Портал обо всем