【复合信息】热电材料，最新Science！

热能材料可以直接将热能转化为电能。由于其快速响应、无直接排放和可回收的特点，已经成为一种前景广阔的替代能源。热-电能转换效率（η）热电指数主要由材料制成。（zT）决定，可以通过 zT= (S2ρ-1/k) T来表示，其中S、ρ、塞贝克指数、电阻、热导率和绝对温度是k和T各自的材料。多年来，通过抑制k或增加功率因数，我们提出了多种方法来研究各种热电材料。（PF= S2ρ-为了获得更多的热电指数。近年来的研究发现，电子带收敛可以提高材料的功率因素，从而有利于热电性能，但仍然需要花费大量的时间才能找到合适的带收敛成分。

美国休斯顿大学任志锋教授(通讯作者)基于上述选题背景，提出了一种新的预测方法，在p型中。 Zintl YbxCa1-xMgyZn2-ySb2在高熵化合物中设计了一系列组合物，可以同时收敛。与其它p型Zintl相比，设计的组合物具有较大的功率因素和较低的热导率，其中一种组合物表现出较大的热电值。与此同时，获得的材料具有较高的热/时间稳定性。在475开尔文温差下，组装全Zintl热电模块的热电转换效率超过10%。以“相关研究成果”Global band convergence design for high-performance thermoelectric power generation in Zintls在最新的Science期刊上发表了这个问题。

图1. Yb0.7Ca0.7Ca0Zintl材料.高热电性能，3Mg0.55Zn1.45Sb2。© 2024 AAAS

图2.YbxCa1.能带收敛高熵合金。−x−δ NaδMgyZn2−预测ySb2的热电性能。© 2024 AAAS

图3. 具有收敛性能参数的电子。© 2024 AAAS

图4. Yb0.7Ca0.3Mg0.55Zn1.45Sb2的热稳定性和时间稳定性。© 2024 AAAS

图5. Yb0.7Ca0.3Mg0.45Sb2/Mg355Zn1.5Bi08Y0.02Sb1.热电模块热-电转换性能。© 2024 AAAS

在这项研究中，以YbxCa1-xMgyZn2-ySb2高熵合金为例，提出了一种原始的方法，可以同时设计一系列带有收敛组合物的电子能量。得益于能带收敛状态，所设计的组合物比母化合物显示出更多的功率因素。与此同时，材料的优异稳定性使其具有巨大的商业应用潜力。在475开尔文温差下，组装的热电模块具有10%以上的热电转换效率，验证了其设备强大的热电性能。更重要的是，这些材料及其组装的热电模块有望应用于下一代废热回收和热电发电，具有无毒、结构可靠、不含Te的特点。

原文详情：Shi, et al. Global band convergence design for high-performance thermoelectric power generation in Zintls, Science (2024).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn7265。

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