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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
四能帶合成使地球儲量豐富的硫化錫晶體具有高熱電效率
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Quadruple-band synglisis enables high thermoelectric efficiency in earth-abundant tin sulfide crystals 四能帶合成使地球儲量豐富的硫化錫晶體具有高熱電效率 ▲ 作者：SHAN LIU, SHULIN BAI, YI WEN, JING LOU, YONGZHEN JIANG, YINGCAI ZHU, ET AL. ▲鏈接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado1133 ▲摘要： 熱電材料一直受到其組成元素稀缺的限制，尤其是碲化物。地球上儲量豐富的寬禁帶（Eg≈46 kBT）硫化錫（SnS）在晶體形態(tài)上表現(xiàn)出頗具前景的性能。 研究組通過促進四個價帶的能量和動量輻合來提高SnS晶體的熱電效率，稱為四能帶合成。他們在硒（Se）合金SnS中引入了更多的Sn空位來激活四能帶合成，并通過誘導SnS2來促進載流子的傳輸，從而實現(xiàn)p型SnS晶體在300 K溫度下約1.0的高無量綱品質(zhì)系數(shù)（ZT），在300 K~ 773 K溫度下的平均ZT為1.3。 研究組進一步獲得了6.5%的實驗效率，其制造的冷卻器在353 K時的最大冷卻溫差為48.4 K。該發(fā)現(xiàn)有望引起人們對地球上儲量豐富的SnS晶體在廢熱回收和熱電冷卻方面應用的興趣。 ▲ Abstract： Thermoelectrics have been limited by the scarcity of their constituent elements, especially telluride. The earth-abundant, wide-bandgap (Eg ≈ 46 kBT) tin sulfide (SnS) has shown promising performance in its crystal form. We improved the thermoelectric efficiency in SnS crystals by promoting the convergence of energy and momentum of fo ur valance bands, termed quadruple-band synglisis. We introduced more Sn vacancies to activate quadruple-band synglisis and facilitate carrier transport by inducing SnS2 in selenium (Se)–alloyed SnS, leading to a high dimensionless figure of merit (ZT) of ~1.0 at 300 kelvin and an average ZT of ~1.3 at 300 to 773 kelvin in p-type SnS crystals. We further obtained an experimental efficiency of ~6.5%, and our fabricated cooler demonstrated a maximum cooling temperature difference of ~48.4 kelvin at 353 kelvin. Our observations should draw interest to earth-abundant SnS crystals for applications of waste-heat recovery and thermoelectric cooling. |
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