半赫斯勒热电材料性能显著提高

2011-1-27 09:32 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网1月26日(北京时间)报道,一个由美国波士顿学院、麻省理工学院等多家大学组成的合作小组,采用纳米技术成功将一种普通块状半导体材料p型half-Heusler(半赫斯勒)结构的热电品质参数提高了60%—90%。研究人员表示,提高品质参数将为研制从汽车排放系统、发电厂到太阳能技术等下一代产品铺平道路。

  热电品质参数是用来检测材料相对热电性能的指标。以前的half-Heusler结构半导体材料由于其本身热电性能不佳,一直以来应用不广。它以前的品质参数为:在700摄氏度铸块状态下,最大峰值0.5。论文合著者、波士顿学院物理系研究员肖严(音译)说,他们制造的p型half-Heusler结构热电半导体材料品质参数值在700摄氏度下达到0.8,而且他们的材料制备方法成本更低也更省时间。  

  制造这种半导体合金块的工序为,首先用电弧熔融技术,然后用小球磨制铸块制造出纳米级粉末,最后采用热压技术得到致密的半导体铸块。在纳米结构的抽样检测中,同时检测传输性质和材料微结构。由于声子散射在材料晶界和缺陷中得到加强而使热传导性降低,所以和普通铸块相比,改良铸块的热电性能大大提高,表示材料热电功率的塞贝克系数也很高。

  “如果将粉末的平均颗粒尺寸做得小于100纳米,还能使热传导性更低,热电性能更高。”合作者之一、波士顿学院前物理学教授任志峰(音译)表示,新方法以一种经济有效的方式提高了热电材料的性能,成本更低,还能扩大规模批量生产。  

  研究小组将改良后的half-Heusler申请了专利。目前,他们在努力减少压制程序中产生的颗粒,这对half-Heusler的热传导性影响很大,并计划进一步对其热电稳定性、机械坚固性、无毒害和低成本等方面展开研究。