新型铋基Zintl材料——热电材料开发的黑马

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休斯顿大学领导的一个国际化团队最近报道了一例鲜少研究的、具有创记录性热电性能的铋基Zintl相。这种新材料无毒，且可应用于500~600℃或1000℉左右。此项工作有望于开发出一类新型的热电材料。相关论文报道将发表在这周的Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上。

热电材料利用热流从高温区域向相对低温区域的流动发电，目前主要应用于海底和航天航空领域。由于现有热电材料将热转为电的效率相对较低，故这种清洁能源形式的推广受到了较大的限制。热电材料将热转化为电的能力，主要由其品质因数决定或以其ZT值来评估。

Zintl材料——以发展了金属和非金属概念的德国科学家 Eduard Zintl的名字命名，是一种公认富有潜力的热电材料。但铋基Zintl物质目前未被广泛地研究，休斯顿大学MD Anderson物理客座教授即该论文的第一作者Zhifeng Ren表示，这是因为一般情况下Zintl材料将热转换为电的效率并不高，故其虽作为潜在的热电材料却经常被忽略。

这种由方程(Eu0.5Yb0.5)1-xCaxMg2Bi2描述的新材料，在873K(600℃)下的品质因数为1.3，比此前由锑基Zintl材料创下的纪录还高。这种材料的转化率为10%，目前单一热电材料最高的转化率为12%，休斯顿大学德州超导中心的研究者Ren解释道。

在论文中，他们描述了如何通过能带工程和多应变场扰动的方式去增强这种材料的品质因数。同时，在所有已报道的CaAl₂Si₂基结构中，这种材料的ZT值最高，更胜于现今最受欢迎的锑基Zintl材料。同时，研究者还证实了化学扰动对这种材料的价带不造成影响，但会影响其导带，所以其具有良好的p型TE性能。

最后研究者也表示，这种具有高热电性能的新型铋基Zintl相，在未来将是一种十分有潜力的热电材料。

原文链接：Researchers report record performance for bismuth-based Zintl material

相关文献：http://www.pnas.org/content/early/2016/07/05/1608794113

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