基于尖晶石结构的高性能热电氧化物

高性能热电氧化物可为传感与电子工业中的集成与嵌入式应用提供优良的能源解决方案。然而，与其他类别的热电材料相比，氧化物常受制于较低的塞贝克系数。为寻找高性能热电氧化物，我们基于 GGA$+U$ 形式开展了全面的密度泛函研究，普查含 3d 与 4d 过渡金属的自旋石铁氧体。据此，我们预测 MnFe$_2$O$_4$ 与 RhFe$_2$O$_4$ 在近室温下通过轻空穴与电子掺杂可获得约 $\pm 600$ $\mu$V K$^{-1}$ 的塞贝克系数。此外，CrFe$_2$O$_4$ 与 MoFe$_2$O$_4$ 在环境温度下具有更高的塞贝克系数，约 $\pm 700$ $\mu$V K$^{-1}$。在后两类化合物中，塞贝克系数在高达约 $700$ K 的温度范围内近似为温度的平坦函数，带来了极大的使用便利。另外，掺杂 $10^{19}$ 空穴/cm$^3$ 的 MoFe$_2$O$_4$ 在 $300$ K 下计算所得热电功率因子为 $689.81$ $\mu$W K$^{-2}$ m$^{-1}$，在 $600$ K 下为 $455.67$ $\mu$W K$^{-2}$ m$^{-1}$。此处预测的热电性质可使这些热电氧化物应用于传统上由更具毒性及其他负担的材料所满足的较低温度场景。