功函数与声阻抗失配协同提升GeTe/WC复合材料热电性能
应用物理
2023-03-07 v2 材料科学
摘要
制备复合材料有望同时优化电输运与热输运性质，从而实现改善的热电（TE）性能。我们报道了功函数与声阻抗失配（AIM）对(1-z)Ge0.87Mn0.05Sb0.08Te/(z)WC复合材料TE性质的影响。特别地，我们制备了以Mn和Sb共掺杂GeTe为基体、WC为弥散相的复合材料，并研究了其结构与TE性质。电导率（{\sigma}）与Seebeck系数（{\alpha}）随WC体积分数（z）同时增大，导致复合材料中功率因子（{\alpha}^2{\sigma}）增强。{\sigma}的升高归因于复合材料中载流子迁移率的提高。这进一步由开尔文探针力显微镜（KPFM）技术测量的功函数所证实，并得到密度泛函理论（DFT）计算的支持。Ge0.87Mn0.05Sb0.08Te与WC之间弹性性质（声速）的差异导致高AIM，从而在相之间产生大的界面热阻（Rint）。Rint与Kapitza半径之间的关联降低了复合材料的声子热导率（\kappa_ph），并使用Bruggeman非对称模型进行了讨论。\kappa_{ph}的降低进一步由声子色散计算证实，该计算表明复合材料中声子群速度减小。增强的{\alpha}^2{\sigma}与降低的\kappa_ph的协同效应使得z=0.010的(1-z)Ge0.87Mn0.05Sb0.08Te/(z)WC复合材料在773K下获得最大品质因数（zT）1.93。本研究显示出在具有相似电子结构和不同弹性性质的广泛复合材料体系中实现更高zTav的潜力。
引用
@article{arxiv.2107.03803,
title = {Synergistic effect of workfunction and acoustic impedance mismatch for improved thermoelectric performance in GeTe/WC composite},
author = {Ashutosh Kumar and Preeti Bhumla and Artur Kosonowski and Karol Wolski and Szczepan Zapotoczny and Saswata Bhattacharya and Krzysztof Wojciechowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.03803},
year = {2023}
}
备注
23 Pages, 9 Figures, 1 Table