创新非晶高熵势垒实现高效热稳定Bi2Te3基热电模块

本文针对Bi2Te3基热电（TE）模块在高温（473 K以上）长期服役中的界面稳定性难题，创新性地提出非晶NiCoFeMo高熵合金（HEA）扩散势垒。该设计通过热力学高熵效应与无晶界结构协同抑制元素互扩散，显著提升了界面热稳定性与转换效率（η），为开发高效长寿命热电器件提供了新策略。

　　

高熵合金扩散势垒设计

常见可水溶液电镀的金属元素如图1(a,b)所示。本研究首选Ni作为基础，因其与Bi₂Te₃具有良好的界面结合性。Co和Fe同属铁族元素，已有研究证明它们与Te基热电材料的连接可行性。此外，这三种元素电极电位相近，可实现共沉积。其相似的物理化学特性为形成均匀固溶体奠定了基础。为进一步增强热稳定性，我们引入了高熔点（T_m = 2896 K） refractory元素Mo，替代Cr（T_m = 2180 K），最终构建出NiCoFeMo四元高熵合金体系。

结论

综上所述，我们成功开发了用于Bi₂Te₃基模块的非晶NiCoFeMo高熵扩散势垒。其中， refractory元素Mo在阻断Bi₂Te₃/NiCoFeMo界面元素互扩散方面发挥关键作用。非晶微观结构消除了晶界扩散路径，而高熵效应引发的缓慢扩散（sluggish diffusion）进一步抑制了元素迁移。相比之下，传统晶态势垒在高温下易形成粗大脆性金属间化合物（IMCs），导致界面性能退化。本研究为设计适用于低品位废热回收的高效长寿命热电模块提供了新思路。