20-400 K 温度区间内具有高热电性能的微米厚氧化物薄膜
材料科学
2017-01-31 v1
摘要
热电（TE）材料实现热能与电能的局部转换，转换效率由品质因数 zT 决定。迄今为止，与二维电子气（2DEG）相关的 TE 材料保持着近室温下 zT 的纪录。先前观察到，当 PbSeTe、Bi2Te3/Sb2Te3 和 SrNb0.2Ti0.8O3/SrTiO3 等超晶格材料的厚度在空间上受限至亚纳米尺度时，其 zT 急剧增加至约 2.0。载流子的二维限域增大了费米能3-6附近的态密度并触发电子-声子耦合。这克服了传统的 -S 权衡，从而更独立地改善 S，进而进一步提高热电功率因子（PF=S2）。然而，现有 2DEG 材料用于高功率能量转换的实际应用受限于空间限域的前提，因为 TE 材料量不足。本文中，我们报道了与 2DEG 类似的热电特性，但通过在亚微米尺度厚度 SrNb0.2Ti0.8O3 薄膜中调控界面与晶格极化得以实现。在近室温及更低温度下，该薄膜材料观察到高功率因子（高达 103 Wcm-1K-2）与 zT 值（高达 1.6）。即便计入衬底厚度，在 100 m 厚 SrTiO3 衬底上生长的 2 m 厚 SrNb0.2Ti0.8O3 薄膜中，膜与衬底的整体功率因子接近 102 Wcm-1K-2。与传统 2DEG 相关 TE 材料相比，高热电性能对尺寸限域的依赖降低了约 103 倍。自生长氧化物薄膜毒性较低且不依赖大量重元素，有望为局部制冷与发电应用铺平道路。
引用
@article{arxiv.1701.08286,
title = {A micrometer-thick oxide film with high thermoelectric performance at temperature ranging from 20-400 K},
author = {Jikun Chen and Hongyi Chen and Feng Hao and Xinyou Ke and Nuofu Chen and Takeaki Yajima and Yong Jiang and Xun Shi and Kexiong Zhou and Max Döbeli and Tiansong Zhang and Binghui Ge and Hongliang Dong and Huarong Zeng Wenwang Wu and Lidong Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.08286},
year = {2017}
}