哈工大,Nature +1! 2024年7月11日 上午10:19 ? 頂刊 ? 閱讀 49 大多數最先進的熱電材料是無機半導體。由于定向共價鍵,它們通常在室溫下表現出有限的塑性,例如,拉伸應變小于5%。 在此,來自吉林大學的付鈺豪、中國科學院物理研究所王玉梅以及哈爾濱工業大學深圳校區的毛俊&張倩等研究者發現單晶Mg3Bi2在沿(0001)平面(即ab平面)施加張力時顯示出高達100%的室溫拉伸應變。相關論文以題為“Plasticity in single-crystalline Mg3Bi2 thermoelectric material”于2024年07月10日發表在Nature上。 金屬通常具有延展性和延展性,這得益于離域電子和金屬陽離子之間的強靜電力形成的金屬鍵。相反,由于定向共價鍵或離子鍵,半導體是脆性的,當原子滑動時,會出現排斥相互作用。傳統的熱電材料是無機半導體,其可變形性有限。 近年來,一些具有塑性變形能力的無機半導體材料被報道,如Ag2S合金、ZnS、InSe和幾種范德華材料。柔性熱電器件主要用于人體熱收集和個性化溫度調節等應用,因此在環境溫度下具有高熱電性能的材料是非常需要的。 不幸的是,室溫熱電材料是有限的,更不用說對塑性變形的額外要求了。在這里,研究者發現Mg3Bi2單晶在室溫下是塑性的,并且它們也顯示出有希望的熱電性能,優于最先進的韌性半導體。 Mg3Bi2結晶為典型的抗α-La2O3結構類型(),如圖1a所示。為了表征Mg3Bi2基材料的塑性變形能力,制備了單晶(S)和多晶(P)樣品。多晶Mg3Bi2和單晶Mg3Bi2都可以實現50%以上的大壓縮應變(圖1b,h)。 相比之下,Bi0.5Sb1.5Te3、Bi2Te2.7Se0.3、GeTe和ZrNiSn等熱電材料的最大壓縮應變小于5%(圖1b)。當Mg3Bi2在六角形晶格中結晶時(圖1a), Mg3Bi2與幾種六角形密排(hcp)金屬以及其他延性半導體之間的拉伸應力-應變曲線進行了比較(圖1c)。單晶Mg3Bi2抗拉伸應變高達100%,高于hcp金屬和韌性半導體,可與退火Ag2Te0.7S0.3相媲美。 圖1 Mg3Bi2的塑性變形性能。 在此,研究者發現單晶Mg3Bi2在沿(0001)平面(即ab平面)施加張力時顯示出高達100%的室溫拉伸應變。這樣的值比傳統的熱電材料至少高出一個數量級,并且優于許多以類似結構結晶的金屬。 實驗結果表明,變形的Mg3Bi2中存在滑移帶和位錯,表明位錯的滑移是塑性變形的微觀機制。化學鍵分析表明,Mg3Bi2中存在多個低滑移勢壘能面,表明存在多種滑移體系。 此外,滑移過程中連續的動態鍵合防止了原子面解理,從而保持了較大的塑性變形。重要的是,碲摻雜的單晶Mg3Bi2顯示出約55微瓦/厘米/開爾文平方的功率因數,在室溫下沿ab平面的優點系數約為0.65,優于現有的延展性熱電材料。 圖2 變形單晶Mg3Bi2的顯微組織表征。 圖3 彈性體的力學性能及其強化和增韌機制。 圖4 單晶Mg3Bi2?xTex沿ab平面的熱電性能。 綜上所述,研究者發現單晶Mg3Bi2的室溫拉伸應變為100%。在變形的Mg3Bi2中發現了滑移帶和高密度的邊緣位錯,證實了位錯的滑動是塑性變形的潛在機制。 計算結果表明,在Mg3Bi2中存在多個具有低滑移勢壘能的原子面,表明在Mg3Bi2中可以激活多個滑移體系。在滑移過程中,Mg-Bi的動態鍵合持續存在,從而防止了原子平面的解理。此外,單晶Mg3Bi2基材料在室溫下的功率因數約為55 μW cm?1 K?2, zT為~0.65,優于目前最先進的韌性熱電材料。 【參考文獻】 Zhao, P., Xue, W., Zhang, Y.?et al.?Plasticity in single-crystalline Mg3Bi2?thermoelectric material.?Nature?(2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07621-8 原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07621-8 原創文章,作者:計算搬磚工程師,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://m.zzhhcy.com/index.php/2024/07/11/143078c847/ 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 1200小時!港城大支春義,最新EES! 2024年11月13日 ?華理ACS Catal.: 改性氧化物載體表面來優化MSI,促進丙烷完全氧化 2024年8月7日 尹華意最新Nature子刊!升級回收廢鋰電池和塑料,高效合成H2O2! 2024年8月6日 催化頂刊集錦:EES、JACS、AFM、Nano Energy、ACS Catal、Small等 2022年12月13日 ACS Catalysis:CeO2-SnO2固溶體還原性增強改變Pt-氧化物界面處CO氧化機制 2023年10月13日 AM:揭示在Ni-Fe氧化物催化劑上有機分子電催化氧化和脫氫轉化為高附加值化學品的機制 2023年10月11日