Devido à capacidade de converter direta e reversivelmente calor em eletricidade, o material termoelétrico (TE) tem aplicações potenciais em bombeamento de calor de estado sólido e recuperação de calor de exaustão, atraindo assim a atenção mundial. Bi₂ Te₃ destaca-se por suas excelentes propriedades termoelétricas e tem sido utilizado em dispositivos termoelétricos comerciais.



No entanto, o desenvolvimento de Bi₂ Te₃ dispositivos termoelétricos baseados em N são seriamente prejudicados pelas fracas propriedades mecânicas e baixas propriedades TE do tipo n Bi₂ (Te, Se)₃ . Portanto, é importante desenvolver um Bi₂ tipo n de alto desempenho Te₃ material policristalino.

Para abordar esta questão, um estudo publicado na revista Science Bulletin , introduziu Cu extra no clássico tipo n Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 para otimizar seu estado de defeito local, e um processo de deformação a quente em duas etapas foi empregado para construir o Bi policristalino de alta textura Te_2.7 Se_0,3 material.

Esta pesquisa revela que o Cu extra é capaz de entrar nas lacunas de van der Waals entre o Te ⁽¹⁾ -Te ⁽¹⁾ camadas em Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 matriz, suprimindo a formação das vagas aniônicas. Esta redução na densidade do defeito contribui para a planificação da rede em Cu_0,01 Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 , melhorando a mobilidade da operadora de Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 a partir de 174 cm ² V ^–1 s ^–1 até 226 cm ² V ^–1 s ^–1 com 1% adicional de Cu, resultando em um ZT máximo de 1,10 a 348 K.

Posteriormente, o Cu_0,01 sinterizado por SPS Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 o material a granel passou por um processo de deformação a quente em duas etapas. Uma vez que o Cu intersticial pode estabilizar a rede e suprimir efetivamente o efeito doador. A concentração de transportadores da amostra de deformação a quente permanece quase inalterada, enquanto a orientação e o tamanho dos grãos aumentaram significativamente, o que aumenta dramaticamente a mobilidade do transportador, dos 174 cm iniciais ² V ^–1 s ^–1 até 333 cm ² V ^–1 s ^–1 , representando um aumento de 91% após o processo de deformação a quente.

Esta melhoria significativa nas propriedades eletrônicas contribui para um aprimoramento substancial no ZT para amostras de deformação a quente. O ZT_máx do Cu texturizado_0,01 Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 atinge 1,27 em 373 K, e seu valor médio de ZT é 1,22 na faixa de 300-425 K, quase o dobro do Bi₂ inicial Te_2.7 Se_0,3 .

Além disso, um dispositivo de resfriamento termoelétrico (TEC) de 127 pares foi fabricado usando Cu_0,01 texturizado. Bi₂ Te_2.7 Se_0,3 amostra acoplada com BST tipo p comercial. O módulo TEC alcançou diferenciais de temperatura de resfriamento de 65 K e 83,4 K em temperaturas quentes (T_h ) de 300 K e 350 K, respectivamente, o que é superior ao Bi₂ comercial Te₃ módulos TEC baseados em . E um módulo gerador termoelétrico (TEG) de 7 pares foi construído usando os mesmos materiais.

O módulo TEG demonstrou uma eficiência de conversão significativamente alta de 6,5% a uma temperatura diferente de 225 K, que é comparável a outros Bi₂ de última geração. Te₃ módulos TEG baseados em .

Mais informações: Yichen Li et al, Realizando módulo termoelétrico de alta eficiência suprimindo o efeito semelhante ao doador e melhorando a orientação preferencial em Bi2(Te, Se)3 tipo n, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.04.034
Fornecido pela Science China Press