调控佩耶尔斯-纳巴罗应力以实现n型PbTe的优异热电性能

《Nature Communications》：Manipulating Peierls-Nabarro stress to realize extraordinary thermoelectric performance in n-type PbTe

　　

摘要

PbTe 被认为是最佳的中温热电材料之一；然而，由于其 n 型对应材料的性能相对较低，其商业应用受到很大限制。在此，我们表明，通过溶质诱导的晶格软化操纵 Peierls-Nabarro 应力，产生了高密度螺旋位错、位错环和亚晶界来阻挡热输运声子。与此同时，由 Sb 和 TeO₂ 之间的置换反应原位形成的 Sb₆O₁₃ 纳米夹杂物进一步抑制了热输运，导致超低晶格热导率（在 773 K 时 κ_L ≈ 0.21 W m^?1 K^?1）。此外，Sb 掺杂可以同时增强电子态密度，从而提高功率因子（在 563 K 时为 16 μW cm^?1 K^?2）。因此，在 n 型 PbTe-1.5 wt%TeO₂-1.8 wt%Sb 样品中，于 723 K 时获得了显著的高优值 (ZT ≈ 2.2)。我们的发现为协同改进先进热电材料的热学和电学性能提供了一种有效的方法。