來源|Materials Today

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背景介紹

熱電( TE )技術作為一種綠色的工程解決方案，在小規(guī)模制冷和余熱回收方面越來越受到關注。在實際應用中，固態(tài)冷卻是其主導應用，由于具有高可靠性和緊湊性、無噪音運行、精確控溫等優(yōu)點，已經具有成熟的商用市場。除了邊界或界面，孔隙率是另一種有效的策略，有望干擾聲子輸運以提高ZT。根據(jù)有效介質理論，導熱系數(shù)隨孔隙率的增加幾乎呈線性減小。如果電輸運受到的影響較小，則可以凈增加功率因子與熱導率的比值PF / κ，從而獲得增強的ZT，這已經在BiSbTe、SnTe和方鈷礦中實現(xiàn)。然而，納米級孔隙對熱電性能的作用目前仍存在爭議，因為在某些情況下，電導率的降低速率比熱導率的降低速率快得多，這將導致ZT惡化。這種明顯的反差可能與孔隙的大小和分布以及材料的本征性質有關。

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成果掠影

納米晶粒和孔隙作為兩種常見的微結構缺陷，能夠阻礙聲子的傳輸。然而，迄今為止，納米晶粒在高溫下的穩(wěn)定性以及多孔性在提高熱電優(yōu)值ZT方面的可行性仍是熱電領域關注的問題。

近日，哈工大材料學院隋解和教授、劉紫航教授和西安交通大學、中科院物理研究所組成的研究團隊

首次利用超細晶和多孔結構的鎂銀銻（MgAgSb）基熱電材料制備了高性能熱電制冷器件，在α-MgAgSb中設計的主要由納米晶區(qū)域內的超細晶粒和隨機分布的孔隙組成的微結構，在300?K時，產生了超低的晶格熱導率0.46?W/mK，突破了估計最小值的限制，為熱電制冷性能優(yōu)化提供了新思路。研究成果以“Highly efficient thermoelectric cooling performance of ultrafine-grained and nanoporous materials”為題發(fā)表在《Materials Today》上。

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圖文導讀

圖1. 微觀結構演變的原理圖、改進的熱電性能、模塊的冷卻性能。A：燒結溫度對樣品組織結構的影響示意圖，B：超細晶和多孔結構對MgAgSb晶格熱導率的降低效果，C：超細晶和多孔結構MgAgSb與其他方式優(yōu)化MgAgSb材料的熱電優(yōu)值對比，D：制備的熱電制冷器件與目前最先進制冷器件的最大溫差對比，E：制備的熱電制冷器件與目前最先進制冷器件的最大COP對比。

圖2. 在473 K條件下燒結的樣品微觀結構表征圖。

圖3. 熱性能分析。

圖4. 電輸運性能和優(yōu)良熱點效率。