【引言】
高效清潔的能源生產是當前最大的挑戰(zhàn)之一。能源回收可以而且應該在這方面發(fā)揮重要作用。分布式高質量中溫源（即400℃以上）產生的余熱是一種寶貴的資源，應該加以回收。熱電發(fā)電機（TEG）將廢熱轉化為有用的電能，對這一點至關重要。TEG有許多優(yōu)點：它們操作簡單，安靜，健壯，具有可擴展的體系結構。然而，目前的材料效率低下，因此三甘醇還不具有成本效益。TEG利用Seebeck效應將溫度梯度轉換為電壓，同時使用p型和n型半導體串聯(lián)和并聯(lián)熱連接。
【成果介紹】
SnSe是一種極具吸引力的熱電材料，具有極高的正Seebeck系數(shù)。在這里，我們描述了通過直接電弧熔煉技術制備的Sn1–xSbxSe金屬間化合物合金的合成、結構、顯微和熱電特性。合成了Sb摻雜的硒化錫納米顆粒。中子衍射研究表明，Sb位于Sn亞晶格中，濃度高達30%，并產生大量Sn空位，而層間距的增加有利于納米結構的形成。這種材料是納米結構，既有平面外的納米尺度層，也有平面內的納米尺度層～這些層的5 nm起伏。這種納米結構，加上Sn空位數(shù)量的增加，使得熱電材料的熱導率降低。根據高分辨透射電子顯微鏡觀察到的納米結構，從低溫、熱導率和比熱的角度估計聲子平均自由程約為2nm。SnSe的熱導率通過三種獨立的技術進行表征，以確保室溫下的Sn0.8Sb0.2Seκ～ 0.6W /mK。使用Linseis LFA 1000儀器測量了x=0.2合金在300K≤ T≤ 800 K溫度范圍內的熱擴散率（α）。新制備的摻銻化合物表現(xiàn)出電荷載流子類型的突然變化，導致較大的負Seebeck系數(shù)，盡管電弧熔融合成的顆粒對于熱電應用仍然具有太大的電阻。冷壓球團在室溫下演變?yōu)閜型，但在500K左右可重復地轉變?yōu)閚型，電導率和觀察到的最大優(yōu)值ZT增加～ 908 K時為0.3。
【圖文導讀】
圖1：（a） 生長態(tài)Sn0.8Sb0.2Se，空間群Pnma中Rietveld細化的XRD圖譜。觀察到強烈的擇優(yōu)取向，增強了[h00]反射。插圖顯示了所有Sn1–xSbxSe（x=0.1、0.2、0.3、0.4）化合物的XRD圖譜(b） Sn0.8Sb0.2Se在室溫下的中子粉末衍射（NPD）剖面的觀測（十字）、計算（實線）和差異（底部）。
圖2：隨著摻雜濃度（x=0.1，0.2，0.3，0.4）的變化，生長態(tài)Sn1–xSbxSe的晶胞參數(shù)演變(a） a參數(shù)，（b）b參數(shù)，（c）c參數(shù)，（d）單位細胞體積。
圖3：含95%概率位移橢球的Sn0.8Sb0.2Se晶體結構。
圖4：生長態(tài)Sn0.8Sb0.2Se的SEM圖像，顯示由血小板（垂直于[100]方向）組成的納米結構，放大倍數(shù)為（a）×16 000和（b）×10 000，顯示典型的血小板厚度在10和40 nm之間。
圖5：（a）Sn0.8Sb0.2Se的熱導率，通過PPMS中的四探針絕熱TTO技術、3ω-技術和熱擴散率（激光閃光）測量，以及（b）僅通過TTO PPMS技術測量Sn1–xSbxSe（x=0，0.1，0.2，0.3，0.4）的熱導率，誤差條（未顯示）與面板（a）的誤差條相似。
圖6：Sn0.8Sb0.2Se（a）兩個樣品的Seebeck系數(shù)與溫度的關系，測量了幾次（b）電導率，（c）功率因數(shù)，和（d）優(yōu)值。
【結論】
采用簡單的方法制備了一系列Sn1–xSbxSe金屬間化合物，得到了高納米結構的樣品。中子衍射研究揭示了組成晶體結構的層內共價性增加（垂直于晶體學軸），而層間距離增加，有利于摻銻材料的納米結構。大量擴展晶界的存在對熱輸運和電子輸運有兩個主要影響。系列中的所有成員都觀察到了較大的電阻率值，這對熱電性能是不利的。另一方面，熱導率極低，遠低于文獻報道的SnSe值。此外，Sb摻雜顯著影響了原始樣品中由正空穴演化而來的載流子的符號，達到了668μvK?1在380 K時，對整個系列中的電子載流子，在370 K， x=0.1時達到?306μvK?1。從頭算計算表明，Sb摻雜會導致Sn的缺乏，從而預測了這種行為。Sn空位處的電荷俘獲降低了Sb摻雜改變電子性質的效率。然而，它可能有助于減少晶格熱導率淬滅光學聲子對點缺陷散射，指向一個PGEC。n型SnSe摻雜材料的描述是重要的，因為TEGs的實現(xiàn)需要兩種類型的載流子并聯(lián)的材料耦合。
