AS | Ta多功能调控实现高性能Mg₃(Sb,Bi)₂热电材料与器件

背景：Mg₃(Sb,Bi)₂基热电材料因原料丰富、成本低、环境友好及优异性能受到关注，但其近室温下载流子受晶界势垒影响，热激发效应显著，需协同优化电-热输运。研究目的：河南大学王超教授团队与上海交通大学赵琨鹏研究员团队合作，提出Ta元素多功能调控策略，旨在通过调控载流子输运、晶界结构及声子输运，同步提升材料与器件性能。结论：Ta在Mg₃(Sb,Bi)₂中固溶度小，以纳米富集相分布于晶界，促进晶粒长大（平均尺寸从1.3 μm增至2.4 μm），降低晶界势垒（~140 meV降至~110 meV），提高载流子迁移率（室温达~145 cm²V⁻¹s⁻¹）。同时，富Ta纳米相与多级界面形成多尺度散射体系，显著降低晶格热导率。协同优化使Ta0.25Mg3.4Sb1.5Bi0.49Te0.01样品在723 K获得最高zT值1.8，323-723 K平均zT达1.46。基于此构筑的全Zintl相热电模块在460 K温差下实现9.6%的能量转换效率，媲美已报道最佳模块。该研究为Mg₃(Sb,Bi)₂基热电材料性能提升提供了新思路。