具有高热电性能的高熵稳定硫族化物

热电技术可以通过废热发电，尽管其性能会导致更广泛应用的瓶颈。材料科学家可以通过引入不同的原子种类来调整相组成并扩展性能优化空间，从而调节材料的结构熵。在现在有关科学的新报告中，Binbin Jang等人。使用了n型硒化铅(PbSe)基高熵材料，由熵驱动的结构稳定作用形成。高熵系统中扭曲严重的晶格导致异常的剪切应变，从而提供强大的声子散射，从而降低了晶格的热导率。这项工作提出了一种新的范式，以利用熵工程来改善高熵热电材料的热电性能。

热电技术

材料科学家设计了可以捕获转化过程产生的废热的技术，这些废热占世界三分之二以上的能源浪费。由于其尺寸小，缺少旋转部件和气体排放，因此热电技术是在许多情况下易于适应的有吸引力的选择。热电技术的现有障碍是其低转换效率。通常，研究人员可以确定相对于热电材料的电导率和晶格 热导率的能量效率。因此，研究人员通过使用一系列拟议的能带收敛方法，通过调节能带结构，微结构和键合状态来优化参数。，共振能级，合金化，纳米结构和类液体离子。尽管命名各异，但这些方法通常有助于改善电传输性能并破坏热传输路径。

高熵合金(HEA)

高熵合金(HEA)通常提供一种通过增强基于声子的无序性和扭曲晶格的声子散射来改善热电性能的途径。科学家可以调节材料的电子特性，以保持电子在各种化学成分中的传输。这些材料通常定义为包含五个以上主要元素的固溶体，并且可以扩展该概念以创建熵稳定的功能材料。材料科学家首先报道了熵稳定的高熵功能材料，其中既包含镁，钴，镍，铜，氧化锌，又包含钙钛矿，萤石，尖晶石，碳化物和硅化物。在任何给定的系统中，当熵的增加大于焓的增加时，组态熵将随元素种类的增加而增加，从而导致吉布斯自由能降低且晶体结构稳定。研究人员还可以使用熵作为性能优化的驱动力来形成一个新阶段。以这种方式稳定的结构保持自由能，其中结构稳定作用利用了熵和焓之间的竞争。Jang等。用密度泛函理论计算焓和振动熵 展示了材料系统的熵驱动结构稳定效应如何形成一种有效的方法，以创建组成超出溶解度极限的各种高熵材料，从而提供各种性能范围的优化性能。

稳定的结构保持原子排列的远距离顺序，以形成电传输网络。高熵材料中的短程无序导致晶格无序使载热声子强烈散射，从而降低了高熵材料的晶格热导率，从而在热电模式下产生具有温度差的热传输性质。研究人员此前曾指出，在一系列高熵材料中热电性能得到了改善。然而，张等人。还需要了解构型熵，微观结构和热电性质之间的关系。例如，由于溶质原子和溶剂原子之间的大小和质量差异，材料中的溶解度受到限制，这使其难以实现仅通过增加合金含量即可制成高熵合金。然后，研究小组使用X射线衍射(XRD)模式和能量色散光谱(EDS)映射研究了材料的元素含量。他们寻找组成超出溶解度极限的材料，以提供变化范围的最佳性能。为了进一步确认材料的结构和均匀性，他们使用扫描透射电子显微镜进行了高角度环形暗场(HAADF)和原子X射线EDS分析(干)。结果表明，从微米级到纳米级，所有元素的分布均一。使用超高分辨率EDS映射，Jang等。进一步阐明了每个元素的原子晶格和位置，其中明确定义的原子排列与非晶态材料不同。

在熵驱动的稳定化过程中，它们实现了良好的原子排列，但是原子尺寸的强烈失配损害了晶格，从而强烈影响了热传输过程。该团队使用样本测量了应变从低熵到高熵的变化，并展示了结果在此过程中如何增加三倍。然后，他们使用纳米束电子衍射(NBED)检测晶格应变，并使用扫描透射电子显微镜和高角度环形暗场研究了原子尺度的应变(STEM-HAADF)。材料系统中由熵驱动的结构稳定与严重变形的晶格一起起作用，以实现材料内的电和热传输。当张等人。后来将锡(Sn)引入材料中，他们保留了电子稳定性，并指出减小的带隙而不是高熵是如何导致高温下的固有激发的。

通过这种方式，Binbin Jian及其同事展示了一种通过熵驱动的结构稳定化方法来形成不同的高熵热电材料的方法，该结构具有良好的电传输特性，该电传输特性可以由稳定化结构很好地保持。高熵材料中严重扭曲的晶格产生的大应变为载流子的声子提供了强散射，从而有助于实现超低晶格导热率。这些结果导致高熵材料的温度功能得到改善，同时在实验过程中具有较高的热转化效率。这项工作提供了对熵工程的洞察力 用于高性能热电材料和模块的有吸引力的途径是开发高性能功能材料的途径。

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