新型鉍基Zintl材料——熱電材料開發的黑馬

材料牛注：知道太陽能電池板等光電材料的你聽過熱電材料嗎？由熱生電，很清潔很高端有木有？那為什么沒被推廣呢？答案就在這里！解決問題的可能性也在這里！

休斯頓大學領導的一個國際化團隊最近報道了一例鮮少研究的、具有創記錄性熱電性能的鉍基Zintl相。這種新材料無毒，且可應用于500~600℃或1000℉左右。此項工作有望于開發出一類新型的熱電材料。相關論文報道將發表在這周的Proceedings of the National Academy of Sciences雜志上。

熱電材料利用熱流從高溫區域向相對低溫區域的流動發電，目前主要應用于海底和航天航空領域。由于現有熱電材料將熱轉為電的效率相對較低，故這種清潔能源形式的推廣受到了較大的限制。熱電材料將熱轉化為電的能力，主要由其品質因數決定或以其ZT值來評估。

Zintl材料——以發展了金屬和非金屬概念的德國科學家 Eduard Zintl的名字命名，是一種公認富有潛力的熱電材料。但鉍基Zintl物質目前未被廣泛地研究，休斯頓大學MD Anderson物理客座教授即該論文的第一作者Zhifeng Ren表示，這是因為一般情況下Zintl材料將熱轉換為電的效率并不高，故其雖作為潛在的熱電材料卻經常被忽略。

這種由方程(Eu0.5Yb0.5)1-xCaxMg2Bi2描述的新材料，在873K(600℃)下的品質因數為1.3，比此前由銻基Zintl材料創下的紀錄還高。這種材料的轉化率為10%，目前單一熱電材料最高的轉化率為12%，休斯頓大學德州超導中心的研究者Ren解釋道。

在論文中，他們描述了如何通過能帶工程和多應變場擾動的方式去增強這種材料的品質因數。同時，在所有已報道的CaAl₂Si₂基結構中，這種材料的ZT值最高，更勝于現今最受歡迎的銻基Zintl材料。同時，研究者還證實了化學擾動對這種材料的價帶不造成影響，但會影響其導帶，所以其具有良好的p型TE性能。

最后研究者也表示，這種具有高熱電性能的新型鉍基Zintl相，在未來將是一種十分有潛力的熱電材料。

原文鏈接：Researchers report record performance for bismuth-based Zintl material

相關文獻：http://www.pnas.org/content/early/2016/07/05/1608794113

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